HISTÓRICO DA URBANIZAÇÃO E ENRIQUECIMENTO POR … · the dam and bathymetric survey were...

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

ESCOLA DE ENGENHARIA DE SÃO CARLOS

CENTRO DE RECURSOS HÍDRICOS E ESTUDOS AMBIENTAIS

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS DA ENGENHARIA AMBIENTAL

FELIPPE FERNANDES

HISTÓRICO DA URBANIZAÇÃO E ENRIQUECIMENTO POR

METAIS EM NÚCLEOS DE SEDIMENTOS:

GEOQUÍMICA E GEOCRONOLOGIA POR 210Pb

São Carlos

Estado de São Paulo

Maio de 2018

iii

FELIPPE FERNANDES

HISTÓRICO DA URBANIZAÇÃO E ENRIQUECIMENTO POR METAIS

EM NÚCLEOS DE SEDIMENTOS:

GEOQUÍMICA E GEOCRONOLOGIA POR 210Pb

Defesa da Tese de Doutorado apresentada à

Escola de Engenharia de São Carlos,

Universidade de São Paulo, como parte dos

requisitos para obtenção do título de Doutor em

Ciências da Engenharia Ambiental.

Área de concentração: Ciências da

Engenharia Ambiental

Orientador: Prof. Dr. Cristiano Poleto

São Carlos

Estado de São Paulo

Maio de 2018

iv

AUTORIZO A REPRODUÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR

QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINS DE ESTUDO E

PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE.

vii

DEDICATÓRIA

Dedico este trabalho primeiramente a

Deus, aos meus Pais, Osvaldo e Cláudia, a

minha noiva Manoela que sempre estiveram ao

meu lado e formam a base da minha vida. Aos

amigos que estiveram sempre ao meu lado

nesses anos. Aos meus avós que já se foram,

mas deixaram uma base forte e constante a

mim.

ix

AGRADECIMENTOS

A Deus, pela oportunidade de trabalhar e crescer frente às dificuldades e desafios da vida.

Um agradecimento especial ao meu orientador, Prof. Dr. Cristiano Poleto, pela orientação,

confiança e profissionalismo e que ao longo de anos do Doutorado, demonstrou ser um

grande amigo, tendo me apoiado e motivado a dar continuidade a carreira acadêmica. Uma

grande pessoa e motivo de admiração pelo seu profissionalismo.

Agradeço aos meus pais, Osvaldo e Cláudia, que me deram todo suporte necessário e

incentivo durante toda a minha trajetória nos estudos, aos conselhos, acolhimento em

períodos de dificuldades e pelo amor que é base para as conquistas e essência da vida.

À Manoela Jorge Campos, minha noiva, pela ajuda em momentos difíceis, dando todo seu

apoio, carinho, motivação, amor e confiança em toda a trajetória e sempre presente em

minha vida. Espero passar a minha vida ao teu lado!

À minha nova família, Camilo, Rosemary, Amilton, Rosana, Gabriela e Aparecida, que

sempre me acolheram muito bem e demonstram sempre um enorme carinho. A todos, muito

obrigado!

Aos amigos, os poucos e bons, que fazem da vida mais alegre. Especialmente ao Eduardo,

Elissandro e Renato, pela amizade e parceria nos estudos, sempre prestativos participativos

em minha trajetória. E aos colegas da pós-graduação USP, especialmente ao Núcleo de

Hidrometria Obrigado!

A todos os professores da Pós-Graduação pela disposição nas aulas, mesmo fora das aulas

sempre muito dispostos, e atenção tenho a certeza que se tornarem meus amigos, não

mediram esforços para me aconselhar e ajudar em minha formação.

Aos componentes da banca, que com seu conhecimento consolidado muito contribuíram

para a construção deste trabalho. Em particular ao professor Dr. Frederico Fábio Mauad,

pelo apoio logístico e institucional, sempre que foi preciso.

Aos Laboratórios: Radiometria Ambiental (IPEN-USP), na figura da Sandra, ao

Laboratório de Sedimentologia do CECO/IGEO/UFRGS, na figura do técnico Gilberto

Rodrigues, pelo auxílio na realização das coletas dos testemunhos e apoio no processamento

das amostras.

Ao CNPq pela concessão da bolsa de estudos e pelo financiamento da pesquisa ao FINEP -

Projeto MAPLU2, em especial ao Prof. Dr. André L. L. da Silveira (IPH/UFRGS).

x

“Tudo tem seu apogeu e seu declínio.

É natural que seja assim, todavia, quando

tudo parece convergir para o que supomos o

nada, eis que a vida ressurge, triunfante e

bela! Novas folhas, novas flores, na infinita

benção do recomeço! ”

Chico Xavier

xi

RESUMO

FERNANDES, F. Histórico da urbanização e enriquecimento por metais em núcleos de

sedimentos: Geoquímica e Geocronologia por 210Pb. 2018. 146 f. Tese – Programa de Pós-

Graduação em Ciências da Engenharia Ambiental – Escola de Engenharia de São Carlos,

Universidade de São Paulo, São Carlos, 2018.

A barragem Mãe d’água foi construída em 1962, com o intuito de atender à demanda da

Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS, mais precisamente o Instituto de Pesquisas

Hidráulicas – IPH, porém, devido à falta de planejamento urbano, durante os últimos anos, vem

acarretando uma diversificada série de passivos ambientais, como contaminantes orgânicos e/ou

inorgânicos. Neste seguimento, o presente trabalho buscou avaliar as concentrações totais dos

metais e a composição isotópica por chumbo 210 nas diferentes frações de sedimentos produzidos

na bacia hidrográfica que compõe a barragem Mãe d´Água e, assim, caracterizar a distribuição da

concentração dos metais ao longo da coluna sedimentar e inferir quanto ao processo de urbanização

da bacia hidrográfica caracterizando a evolução. Com referência nestas concentrações dos metais

encontradas nos sedimentos, construir uma perspectiva do processo evolutivo da degradação

ambiental na qual a bacia vem sendo submetida através de estudos de geocronologia (210Pb). As

coletas das amostras foram realizadas em junho de 2014, sendo amostrados testemunhos

sedimentares distribuídos no lago da referida barragem e o levantamento batimétrico. Para a

extração dos testemunhos foi utilizado um amostrador de núcleo “ Piston core”. Com os resultados

obtidos, foram representadas as concentrações dos metais Zn e Ni os quais apresentaram tendências

de enriquecimento, a geocronologia datou as camadas assoreadas sendo o maior intervalo de 42

anos de deposição sedimentar, o volume do assoreamento ocupando aproximadamente 44 % do

volume útil do reservatório e a taxa de urbanização com tendências de crescimento e para o ano de

2014 com 88,42 % da bacia urbanizada, configurando portanto uma distribuição espacial e

estabelecendo correlações entre os estudos da sedimentação ao longo das últimas cinco décadas. As

concentrações dos metais presentes nas amostras foram, também, comparadas com os valores

de background do local para melhor visualizar o processo de enriquecimento dos sedimentos por

ações antropogênicas. Foi possível concluir que com a ampliação das áreas urbanizadas, acarretou

no aumentou das concentrações dos metais e no volume de sedimentos depositados no reservatório,

onde a urbanização sem planejamento desta bacia é o principal fator poluidor.

Palavras chave: Sedimento. Assoreamento. Elemento-traço. Geocronologia.

Barragem Mãe d´ Água.

xii

ABSTRACT

FERNANDES, F. History of urbanization and enrichment of metals in sediment cores: Geochemistry and Geochronology by 210Pb. 2018 146 f. Dissertation - Graduate Program in Environmental Engineering Sciences) - School of Engineering of São Carlos, University of São Paulo, São Carlos, 2018.

The Municipality of Viamão is located in the metropolitan area of Porto Alegre, in the

state of Rio Grande Sul. The Mãe d'água dam was built in 1962, with the purpose of meeting the

demand of the Federal University of Rio Grande do Sul - UFRGS. Precisely because of the lack of

urban planning during the last forty years, has led to a diversified series of environmental liabilities,

such as organic and / or inorganic contaminants. The present work aimed to evaluate the total

concentrations of metals and the isotopic composition per lead 210 in the different fractions of

sediments produced in the watershed that make up the Mãe d'Água dam and thus characterize the

distribution of the concentration of metals along of the sedimentary column and infer about the

process of urbanization of the watershed characterizing evolution. With reference to these

concentrations of the metals found in the sediments, to construct a perspective of the evolutionary

process of the environmental degradation in which the basin is being submitted through studies of

geochronology (210Pb). Samples were collected in June 2014, and sediment deposited in the lake of

the dam and bathymetric survey were sampled. A "Piston core" core sampler was used to extract

the samples. With the results obtained, the concentrations of the metals Zn and Ni were presented,

which presented enrichment tendencies, geochronology dating to the silted layers, silting volume

occupying approximately 44% of the useful volume of the reservoir and the rate of urbanization

with growth tendencies and for the year 2014 with 88% of the urbanized basin, thus constituting a

spatial distribution and establishing correlations between sedimentation studies over the last four

decades. The concentrations of the metals present in the samples were also compared with the

background values of the site to better visualize the process of sediment enrichment by

anthropogenic actions, where it was possible to verify that the expansion of the urbanized area

increased the concentrations of the analyzed metals (Zn and Ni). It was possible to conclude that

with the expansion of the urbanized areas, the increase of the concentrations of the metals and the

volume of sediments deposited in the reservoir, where unplanned urbanization of this basin is the

main polluting factor, resulted.

Keywords: Sediment. Heavy Metals. Trace element. Geochronology. Mãe d’

Água dam.

xiii

SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS..............................................................................................................xvi

LISTA DE TABELAS.............................................................................................................xix

LISTA DE SIGLAS E ABREVIAÇÕES................................................................................xxi

1.INTRODUÇÃO.....................................................................................................................25

2.OBJETIVOS..........................................................................................................................27

Objetivo geral......................................................................................................................27

Objetivos específicos .......................................................................................................... 27

3.HIPÓTESE.............................................................................................................................28

4.REVISÃO BIBLIOGRÁFICA...............................................................................................29

Histórico dos impactos da urbanização e degradação dos ecossistemas lacustres ............. 29

Hidrossedimentologia ......................................................................................................... 30

Sedimentos..........................................................................................................................31

Sedimentos lacustres........................................................................................................... 32

Sedimentogenese ............................................................................................................. 33

Transporte dos sedimentos .............................................................................................. 35

Distribuição dos sedimentos nos recursos hídricos ............................................................ 39

Assoreamento dos reservatórios ......................................................................................... 41

Granulometria.....................................................................................................................45

Qualidade dos sedimentos urbanos frente aos processos de urbanização .......................... 46

Contaminação e enriquecimento dos sedimentos por metais ............................................. 49

Digestão da Amostra ou Abertura da amostra .................................................................. 49

Análise Espectrometria de Emissão com Plasma Acoplado Indutivamente (ICP OES) .. 50

Relação dos sedimentos associados aos níveis de poluição (Background) ...................... 51

Aspectos gerais sobre o Chumbo presente em sedimentos .............................................. 52

Chumbo como traçador geocronológico........................................................................... 53

xiv

Isótopos do Chumbo ..................................................................................................... 54

Deposição de 210Pb nos sedimentos .............................................................................. 55

Datação Geocronológica com 210Pb ................................................................................. 57

Método C.R.S. (Constant Rate of Supply) .................................................................... 57

Quantificação do 210Pb em sedimentos ......................................................................... 58

Determinação da taxa de sedimentação pelo método do 210Pb ........................................ 59

Caracterização do avanço da urbanização por métodos Geotécnicos (SIG) .................... 61

5.CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO..................................................................64

Interferências antropogênicas na Represa Mãe d´Água ..................................................... 64

Caracterização da Área ...................................................................................................... 66

6.MATERIAL E MÉTODOS....................................................................................................69

Amostragem dos perfis sedimentares ................................................................................ 69

Processamento das amostras ........................................................................................... 72

Amostragem batimétrica dentro do reservatório Mãe d’Água ........................................... 76

Cálculo do volume de reservação e assoreamento no reservatório .................................... 79

Análise cronológica por 210Pb ............................................................................................ 83

Abertura e digestão das amostras de sedimentos ............................................................ 83

Determinação da idade do sedimento empregando o método C.R.S. (Constant Rate of

Supply)......................................................................................................................................84

Determinação da taxa de urbanização da bacia hidrográfica Mãe d’Água ........................ 85

Análise Granulométrica ..................................................................................................... 86

Determinação dos metais em sedimentos .......................................................................... 87

Controle de qualidade referente as amostras dos metais (Zn e Ni) .................................... 88

Valores de background para metais observados ................................................................ 89

7.RESULTADOS E DISCUSSÃO...........................................................................................90

Concentração granulométrica amostrada em Core’s no reservatório Mãe d’água ............ 90

Concentrações total de zinco nos testemunhos de sedimentos ....................................... 92

xv

Concentrações totais de níquel nos testemunhos de sedimentos ..................................... 95

Geocronologia por 210Pb ..................................................................................................... 98

Taxa de Urbanização na bacia hidrográfica do reservatório Mãe d’Água ....................... 101

Correlações dos metais zinco e níquel com as taxas de urbanização da bacia hidrográfica

Mãe d’Água.............................................................................................................................104

Volume de sedimentos assoreados no reservatório Mãe d’Água ..................................... 109

8.CONCLUSÕES...................................................................................................................124

9.BIBLIOGRAFIA.................................................................................................................126

xvi

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Diferenciação de hidrogramas de uma bacia urbanizada para uma bacia não

urbanizada.................................................................................................................................30

Figura 2 – Origem dos sedimentos ou sedimentogenese...........................................................34

Figura 3 – Diferentes modos de transporte de sedimento: .........................................................37

Figura 4 – Modos de transporte de partículas nos corpos hídricos.............................................38

Figura 5 – Distribuições verticais dos sedimentos que podem ser encontradas em cursos d’

água...........................................................................................................................................40

Figura 6 – Seção transversal em um corpo hídrico e o comportamento das velocidades,

concentração dos sedimentos e descarga sólida.........................................................................41

Figura 7 – Esquema sobre a formação de depósitos de sedimentos nos reservatórios em delta e

seus principais problemas..........................................................................................................44

Figura 8 – Escalas granulométricas adotadas pelas ASTM, AASHTO, MIT e ABNT...............46

Figura 9 – Origem e destinação dos sedimentos em ambientes urbanos.....................................47

Figura 10 – Esquema do decaimento radioativo do 238U............................................................55

Figura 11 – Ciclo hidrogeoquímico do 210Pb..............................................................................56

Figura 12 – Modelo representativo da aplicabilidade da tecnologia SIG...................................63

Figura 13 – Aspectos das águas no vertedor da barragem Mãe d’água.......................................65

Figura 14 – Localização e representação do represamento em estudo na Região Metropolitana

de Porto Alegre- RS...................................................................................................................66

Figura 15 – Carta imagem da bacia hidrográfica e área de estudo, base na imagem Quickbird

do ano de 2003...........................................................................................................................67

Figura 16 – Distribuição espacial dos pontos amostrados no lago (Vista Geral dos pontos

amostrados)...............................................................................................................................70

Figura 17 – Ilustração da amostragem de sedimentos de fundo pela técnica “Core Sampling”..71

Figura 18– Extração dos testemunhos no lago da barragem Mãe d’água...................................71

Figura 19 – Testemunhos coletados e prontos para seguir ao laboratório...................................72

xvii

Figura 20 – Abertura do tubo de 75mm de diâmetro que preserva as amostras coletadas

(Testemunho 4).........................................................................................................................73

Figura 21 – Testemunho 4, aberto após a coleta na mesa de abertura esterilizada......................74

Figura 22 – Testemunhos 2, 3, 5 e 6 fatiados a cada 2 centímetros.............................................75

Figura 23 – Armazenamento das sub-amostras em recipientes estéreis de PVC.......................76

Figura 24 – Utilização do Ecobatímetro monofeixe e GPS para amostragem...........................77

Figura 25 – Traçado ou percurso o realizado pela embarcação para amostragem ecobatimétrica

sobre o reservatório...................................................................................................................78

Figura 26 – Modelo Representativo; Cota e área para cálculo do volume em Reservatórios......82

Figura 27 – Distribuição dos teores de zinco em profundidade nos diferentes testemunhos de

sedimentos do barramento Mãe d’Água....................................................................................94

Figura 28 – Distribuição dos teores de níquel (em mg.kg-1) em profundidade nos diferentes

testemunhos de sedimentos do barramento Mãe d’Água...........................................................97

Figura 29 – Geocronologia dos perfis de sedimentos amostrados no reservatório Mãe d’

Água..........................................................................................................................................99

Figura 30 – Imagem Google Earth 2014 para da interpretação do uso do solo no ano de

2014.........................................................................................................................................102

Figura 31– Histórico da urbanização Bacia da represa Mãe d’água entre os anos de 1972 a

2014.........................................................................................................................................103

Figura 32 – Taxa de Urbanização vs. Concentrações de zinco dos perfis de sedimentos

amostrados no reservatório Mãe d’ Água.................................................................................107

Figura 33 – Taxa de Urbanização vs. Concentrações de níquel dos perfis de sedimentos

amostrados no reservatório Mãe d’ Água.................................................................................108

Figura 34 – Corte longitudinal da sessão referente a deposição de sedimentos no reservatório

Mãe d’Água.............................................................................................................................110

Figura 35 – Relação Cota vs. Área do reservatório Mãe d’Água pelo método área média.......112

Figura 36 – Relação Cota vs. Volume do reservatório Mãe d’Água pelo método área média..113

Figura 37 – Relação Cota vs. Área do reservatório Mãe d’Água pelo método aproximação

cônica......................................................................................................................................115

xviii

Figura 38 – Relação Cota vs. Volume do reservatório Mãe d’Água pelo método aproximação

cônica......................................................................................................................................115

Figura 39 – Relação Cota vs. Volume de sedimentos dispostos no reservatório Mãe d’Água

pelo método aproximação cônica............................................................................................118

Figura 40 – Modelo digital do terreno (3D) representando reservatório Mãe d’Água no ano de

1962.........................................................................................................................................120

Figura 41 – Modelo digital do terreno (3D) representando reservatório Mãe d’Água no ano de

2014.........................................................................................................................................121

Figura 42 – Isóbatas ou curvas de nível oriundas da amostragem batimétrica no reservatório

Mãe d’Água.............................................................................................................................122

xix

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Informações dos testemunhos coletados...................................................................69

Tabela 2 – Controle de qualidade para as concentrações de Zn e Ni........................................88

Tabela 3 – Valores de base dos metais-traço analisados...........................................................89

Tabela 4 – Classificação granulométrica (%) em diferentes profundidades (cm) dos

testemunhos am.........................................................................................................................91

Tabela 5 – Concentração de Zn (mg.kg-1) nos sedimentos acumulados no Lago Mãe d'Água.93

Tabela 6 – Concentração de Ni (mg.kg-1) nos sedimentos acumulados no Lago Mãe d'Água.96

Tabela 7 – Correlações entre os dados da Taxa de Urbanização e Zinco dos perfis de sedimentos

amostrados no reservatório Mãe d’ água.................................................................................105

Tabela 8 – Correlações entre os dados da Taxa de Urbanização e Níquel dos perfis de

sedimentos amostrados no reservatório Mãe d’ água..............................................................106

Tabela 9 – Cota vs. Área vs. Volume; Método: Área Média..................................................112

Tabela 10 – Cota vs. Área vs. Volume; Método: Aproximação Cônica.................................114

Tabela 11 – Cota vs. Área vs. Volume Sedimentos; Método: Aproximação Cônica................117

xxi

LISTA DE SIGLAS E ABREVIAÇÕES

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

AASHTO American Association for State Highway and Transportation Officials

ASTM American Society for Testing Materials

CHREA Centro de Recursos Hídricos e Estudos Ambientais

DNOS Departamento Nacional de Obras de Saneamento

cm Centímetros

EESC Escola de Engenharia de São Carlos

FeS Sulfeto de ferro

H2O2 Peróxido de hidrogênio

HCl Ácido clorídrico

HNO3 Ácido nítrico

IPH Instituto de Pesquisas Hidráulicas

m

µm

Metros

Micrômetro

METROPLAN Fundação Estadual de Planejamento Metropolitano e Regional

MIT Massachusetts Institute of Technology

MRP Materiais de referência padrão

PPG-SEA Programa de Pós-Graduação em Ciências da Engenharia Ambiental

ppm Partes por milhão

RMPA Região Metropolitana de Porto Alegre

T1 Testemunho 1

T2

T3

T4

T5

Testemunho 2

Testemunho 3

Testemunho 4

Testemunho 5

T6

T7

Testemunho 6

Testemunho 7

T8 Testemunho 8

USEPA Environment Protection Agency

UFRGS Universidade Federal do Rio Grande do Sul

USGS United States Geological Survey

xxii

USP Universidade de São Paulo 210Pb 206Pb 207Pb 208Pb 204Pb 238U 222Rn 226Ra 137Cs

238Pu 239Pu 240Pu 7Be 232Th 210Bi

Ni

Cu

Mo

Sn

Cd

Hg

Pb

Fe

Ag

Ba

Sr

As

Br

Co

Cr

Cs

Hf

Isótopo radioativo natural Chumbo





Isótopo radioativo natural Urânio

Isótopo radioativo natural Radônio

Isótopo radioativo natural Rádio

Isótopo radioativo antropogênico Césio

Isótopo radioativo antropogênico Plutônio



Isótopo radioativo antropogênico Berílio

Isótopo radioativo natural Tório

Isótopo radioativo natural Bismuto

Níquel

Cobre

Molibdênio

Estanho

Cádmio

Mercúrio

Chumbo

Ferro

Prata

Bário

Estrôncio

Arsênio

Bromo

Cobalto

Cromo

Césio

Háfnio

xxiii

Rb

Sb

Se

Ta

Th

U

Zn

Sc

La

Ce

Nd

Sm

Eu

Tb

Yb

Lu

Rubídio

Antimônio

Selênio

Tântalo

Tório

Urânio

Zinco

Escândio

Lantânio

Cério

Neodímio

Samário

Európio

Térbio

Itérbio

Lutécio

25

1. INTRODUÇÃO

O crescimento urbano às margens de corpos d’água tem ocasionado a degradação da

qualidade das águas, acarretando em prejuízos expressivos aos ecossistemas aquáticos e à saúde

pública. Aliado a este crescimento rápido e desordenado, o uso inadequado do solo é,

atualmente, uma das principais causas da degradação dos recursos naturais, gerando prejuízos

não apenas pelas alterações hidrológicas, mas também pela carga de poluentes carreados junto

aos sedimentos, tendo por destino final a sedimentação em corpos d’água lênticos.

Em ambiente urbano, os metais estão entre os poluentes encontrados com maior

frequência, ocorrendo de forma natural e/ou antropogênica. Esses elementos, apesar de muitas

vezes serem associados à toxicidade, devem ser tratados de forma diferenciada, uma vez que

alguns são essenciais tanto às plantas quanto aos animais, desde que não estejam em altas

concentrações.

Os elementos metálicos ou então denominados “metais tóxicos” estão presentes no

ambiente natural em concentrações geralmente baixas, mas podem ser intensificadas por

atividades antropogênicas e têm colaborado significativamente para a elevação da concentração

no meio ambiente (SINGH et al., 2005; SKJELKVALE et al., 2001).

Segundo Baird (2002), os elementos traço possuem sua densidade alta quando

comparados com outros materiais, caracterizam-se muitas vezes por causar riscos à saúde

humana e se agregam as partículas de sedimentos ou solo em sua deposição final. Portanto, a

determinação da granulometria em sedimentos aquáticos tem significativa importância sobre

os estudos biogeoquímicos, uma vez que os nutrientes e contaminantes, sendo eles íons

metálicos ou compostos orgânicos, encontram-se predominantemente nas superfícies das

partículas da fase sólida, ou seja, todo o material em suspensão, decantação ou mesmo já

sedimentado e acumulado (MOZETO, 2006).

Os sedimentos acumulados em estuários e lagos contêm, ainda, um registro histórico

valioso sobre mudanças ocasionadas em decorrência de processos antropogênicos. A

geocronologia de sedimentos, atua como um implemento na determinação da história recente

de poluição por metais – a taxa de afluência de contaminantes, através de análises de

radionuclídeos presentes em testemunhos amostrados de um corpo d’água, vem sendo aplicados

com maior frequência, devido a seus métodos de análise terem sido aprimorados, levando a um

grau de significância elevado no que tange os estudos de impactos ambientais (LIMA, 2000).

26

A presença de radioatividade nos sedimentos é decorrente tanto do decaimento dos

elementos radioativos presentes originalmente nos sedimentos, como também daqueles

removidos da atmosfera por precipitação com a chuva e que se depositam através de processos

de sedimentação (MOZETO, 2006).

O 210Pb é um elemento intermediário que ocorre naturalmente como um dos

radioisótopos da série natural da cadeia de decaimento radioativo do 238U. Na sequência de

decaimento, o 210Pb é gerado após a formação do gás radônio (222Rn) e está presente na

atmosfera em decorrência do 222Rn que escapa dos solos. Em ecossistemas aquáticos, o 210Pb é

principalmente proveniente da precipitação atmosférica, como também pelo decaimento do 226Ra presente nas águas. Segundo Goldeberg (1963), o 210Pb depositado nas superfícies de

lagos e oceanos, é adsorvido pela matéria sólida em suspensão, adicionando-o aos sedimentos

pelo fluxo de sedimentação, ou, em parte, arrastados, juntamente com solo. Portanto, pode ser

considerado como o radionuclídeo ideal para datar sedimentos de idade recente.

A técnica de datação com o 210Pb tem sido difundida entre trabalhos que visam o

gerenciamento dos recursos hídricos. Obtém-se resultados satisfatórios e de grande relevância

no estabelecimento de um histórico ambiental, referentes à geocronologia de sedimentos com

idades de até cerca dos 150 anos, ganhando maior relevância, ainda, quando aplicada em regiões

de intensas atividades antropogênicas, uma vez que os sedimentos de estuários e lagos guardam

um registro valioso com informações históricas sobre alterações ambientais em razão da

atividade industrial (ALEXANDER et al., 1993).

Recentemente, uma grande maioria dos trabalhos que visam avaliar o volume de

sedimentação ou assoreamento tem optado por utilizar o método do 210Pb, principalmente em

ambientes lênticos, como lagos e represas (ALMEIDA, 2003; BONOTTO e LIMA, 2006;

LIMA, 2000).

Mensurar os reflexos desta urbanização sobre o processo evolutivo do enriquecimento

por contaminantes dentre as faixas granulométricas dos sedimentos lacustres amostrados, é de

suma importância no campo da hidrossedimentologia. A técnica tem-se mostrado vantajosa,

justificada pelo relativo baixo custo para simular os sistemas reais. Partindo do princípio que a

poluição gerada em bacias hidrográficas em meio urbano se agregam aos sedimentos

depositados, dentre os métodos disponíveis para o estudo do transporte de sedimentos, a

proposta foi elaborar um mapeamento evolutivo da concentração dos metais nas últimas

décadas através do uso da geocronologia por 210Pb para permitir visualizar o período de

deposição dos sedimentos e identificar a influência da evolução da urbanização da área de

estudo.

27

2. OBJETIVOS

Objetivo geral

Realizar uma série histórica por meio de datação utilizando o traçador geocronológico 210Pb, atrelando às concentrações totais dos metais Zn e Ni presentes na represa do barramento

Mãe d’água e proporcionando a comparação com os valores de background, volume de

sedimentos assoreados e a correlação com taxa de urbanização ao longo das últimas cinco

décadas.

Objetivos específicos

Realizar a técnica de geocronologia utilizando o elemento 210Pb através de cores de

sedimentos amostrados da represa Mãe D’água e estabelecer a cronologia das camadas

sedimentares ao longo das últimas cinco décadas;

Determinar os perfis do reservatório Mãe D’água no ano de 1962, reconstruindo-o com um

modelo computacional através das técnicas por amostragem de dados de fotogrametria,

imagens de satélite, levantamentos bibliográficos e dados batimétricos;

Realizar a caracterização dos processos de assoreamento no reservatório Mãe D’Água e

dimensionar os volumes de sedimentos assoreados no interior do reservatório diante do

cenário atual, ano de 2014 (ano da amostragem);

Comparar as concentrações dos metais Zn e Ni obtidos nas amostras de sedimentos retiradas

dos testemunhos coletado na represa estudada e comparar com os valores de referência

locais (background) para obtenção da estimativa do enriquecimento antrópico dos

sedimentos ao longo do processo de urbanização da bacia hidrográfica;

Correlacionar a distribuição de Zn e Ni à taxa de urbanização da bacia hidrográfica.

28

3. HIPÓTESE

A urbanização de bacias hidrográficas sem planejamento, no que tange aos âmbitos

urbano, social e ambiental, pode ocasionar um passivo à qualidade do ambiente, reincidindo

diretamente nas concentrações de metais nos sedimentos presentes e acumulados nos corpos

hídricos lênticos. A utilização da geocronologia por meio do 210Pb pode fornecer informações

úteis para a compreensão da poluição por metais em áreas urbanizadas através de históricos

entre essa evolução da urbanização, o assoreamento de reservatórios e o acumulo de metais em

sedimentos que ficaram depositados nas camadas desse ambiente aquático.

29

4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Histórico dos impactos da urbanização e degradação dos ecossistemas lacustres

Sabe-se que o crescimento urbano às margens de ecossistemas aquáticos causa a

degradação da qualidade das águas levando à eutrofização artificial (Tundisi, 2008). Segundo

Esteves (1998), esse processo pode causar expressivos prejuízos à sociedade humana, por

exemplo, problemas de saúde pública e de redução do potencial de irrigação, de produtividade

pesqueira, de balneabilidade e de inúmeras outras possibilidades de uso pelos agentes sociais.

As consequências sobre os recursos hídricos têm gerado prejuízos não apenas pelas

alterações hidrológicas, mas também pela carga de poluentes lixiviado ou carreados, gerando

assim passivos ambientais que afetam a qualidade de vida da população e o equilíbrio ambiental

das áreas de drenagem das bacias hidrográficas (NASCIMENTO et al., 2005).

O lançamento de efluentes característico de esgoto somado com a ausência de

tratamento e a adição de poluentes de origem química, das mais diversas fontes, levam a

geração de passivos ambientais decorrentes da urbanização (POLETO e LAURENTI, 2008).

Poleto (2007) trata com importância as alterações ao ambiente provocadas pela

urbanização e destaca a supressão e/ou substituição da vegetação nativa por áreas

impermeabilizadas. O fato de impermeabilizar novas áreas implica no aumento do volume

escoado superficialmente, em consequência da redução do volume interceptado pela vegetação

e das alterações no ciclo hidrológico. Por influência do maior volume escoado nas áreas

impermeáveis, o corpo d’água receptor desta vazão estará sujeito aos processos erosivos e

enchentes.

Segundo Tucci e Genz (1995), o volume que escoava lentamente pela superfície do

solo e ficava retido através da vegetação, com a urbanização, passa a escoar na bacia com uma

maior velocidade em um menor tempo resultando em um pico de efeito negativo, sendo ele o

aumento da vazão máxima. Os autores ilustram com o gráfico, (Figura 1), o aumento da vazão

máxima, “valor de pico”, sendo diferente para cada tipo de área/urbanização.

30

O arraste de sedimentos é de expressivo conhecimento, pois o assoreamento dos

reservatórios resultantes da lixiviação e arraste de sedimentos pode levar ao colapso e trazer

problemas como enchentes, que em sua decorrência pode resultar em problemas sanitários, ou

seja, envolver a saúde pública e de ordem social e econômica das mais diversas magnitudes.

Figura 1 – Diferenciação de hidrogramas de uma bacia urbanizada para uma bacia não

urbanizada

Fonte: Adaptado de Tucci e Genz (1995)

Hidrossedimentologia

O estudo dos sedimentos, Sedimentologia, traz um amplo conhecimento de relevância

mundial dentro do contexto dos estudos de processos como erosão, lixiviação, escoamento

superficial do sedimento até o seu encontro com corpo hídrico.

De acordo com Bordas, Lanna e Semmelmann (1988), como ciclo hidrológico, existe

outro ciclo, aberto e totalmente dependente ao ciclo da água, que envolve o deslocamento, o

transporte e o depósito de partículas sólidas presentes na superfície da bacia. Com essas

características e por analogia, é definido por ciclo hidrossedimentológico, ressaltando que os

sedimentos não retornam ao meio que os provêm.

Hidrograma da área Urbanizada

Hidrograma da área não Urbanizada

Vazã

o

Tempo

31

Atividades como a irrigação, agricultura, urbanização e industrialização, trazem para

os corpos d’água maiores concentrações de sedimento. A origem dos sedimentos que chegam

à região dos ecossistemas lacustres é variada, englobando desde a lixiviação da bacia de

drenagem, à atmosfera, erosão dentro do corpo hídrico e sedimentos oriundos de atividade

biológica. Assim, a natureza das faces sedimentares é controlada pela quantidade e qualidade

dos sedimentos disponíveis, pela interação dos processos hidrodinâmicos e pela geomorfologia

do fundo (MIRANDA; CASTRO e KJERFVE, 2002).

Carvalho (2008) faz referência ao uso e ocupação inadequados do solo dentro das

bacias hidrográficas e ações como o intemperismo decorrentes do ambiente, que estão ligados

aos sedimentos e a associação de impactos desde a sua formação à deposição final.

Ao se realizar uma gestão integrada dos recursos hídricos, os riscos de degradação dos

solos, dos leitos dos rios e dos ecossistemas fluviais e estuários, ou de contaminação dos

sedimentos por produtos químicos, levaram a reconsiderar essa postura e a dar maior atenção

aos problemas que podem decorrer das alterações do ciclo hidrossedimentológico natural. Além

da erosão e da degradação do solo na agricultura, os prejuízos se estendem as mais derivadas

formas como: assoreamento de reservatórios, tratamento de água, remoção de sedimentos de

áreas atingidas pelas inundações (BORDAS, LANNA e SEMMELMANN, 1988)

Sedimentos

Segundo WMO (2003), o estado de desenvolvimento de uma sociedade sempre esteve

correlacionado com a sua necessidade de utilizar os seus recursos naturais mais próximos e

disponíveis. Portanto, com o crescimento da população instaladas em bacias hidrográficas,

ocorre crescente exploração dos recursos o que tem levado à sua degradação, principalmente

quanto ao uso e exploração da água e do solo. A erosão do solo e a consequente sedimentação

apresentam-se como um dos maiores problemas ambientais atualmente.

Segundo Carvalho (2008), sedimento é a partícula derivada da rocha ou materiais

biológicos, que pode ser transportada por um fluido. São provenientes, a partir de partículas

derivadas da fragmentação das rochas, por processos físicos e/ou químicos, e que é transportada

32

pela água ou pelo vento do lugar de origem aos rios e aos locais de deposição, sendo o material

sólido em suspensão na água ou depositado no leito de um ecossistema aquático.

No ecossistema aquático, o sedimento é o compartimento onde se depositam todos os

compostos minerais, estruturas de animais e vegetais que não foram totalmente decompostos.

Dessa maneira, ao longo da evolução de um sistema aquático formam-se camadas sobre o leito

dos corpos hídricos com os sedimentos ali depositados, contendo compostos químicos e

estruturas biológicas que representam as diferentes fases deste processo. Além desses, os

agrotóxicos e os metais também se depositam nos sedimentos, podendo ser utilizados como

indicadores da contaminação ambiental. A sua distribuição vertical é um importante indicador

da evolução da poluição em ambientes aquáticos. Os sedimentos consistem de material

particulado, oriundos de processos como a erosão e intemperismo trazidos ao corpo d’água pelo

fluxo da drenagem da bacia, diretamente pela chuva ou por deposição seca (ESTEVES, 1998).

Sedimentos lacustres

Os sedimentos originados nos processos de intemperismo e erosão são normalmente

transportados pelos rios, tendo como destino final os oceanos. Em ambientes que se localizam

no interior dos continentes, como os lagos, reservatórios de barramentos e planícies de

inundação responsáveis pelo estoque de parte desses sedimentos carreados pelo fluxo hídrico.

Geralmente os reservatórios têm por finalidade o abastecimento de água e o fornecimento de

energia para as populações, porém acabam se tornando barreiras artificiais para a deposição dos

sedimentos (SALOMONS e BRILS, 2004).

Os sedimentos podem ser considerados como o resultado da integração de todos os

processos que ocorrem em um ecossistema aquático. Sua composição química e biológica

representa a evolução histórica do ecossistema aquático e sistemas terrestres adjacentes, além

de sua importância na avaliação da intensidade e formas de impactos sofridos por esses

ambientes.

As camadas dos sedimentos lacustres formadas em períodos da evolução do

ecossistema refletem a composição química e biológica em diferentes fases do processo, sendo

possível, a partir dos perfis de sedimentos, interpretar o desenvolvimento histórico e alterações,

33

tanto no ambiente como nas comunidades. Devido as suas propriedades, os sedimentos de

ecossistemas lacustres funcionam como um banco de dados, tendo significativa importância em

estudos de avaliação ambiental. Para tanto, as amostras devem ser coletadas sob a forma de

perfis verticais (CORE) e a amostragem deve colher perfis não perturbados, ou seja, com suas

camadas sedimentares preservadas (ESTEVES, 1998).

Tais ecossistemas propiciam condições ideais para a determinação da cronologia da

coluna sedimentar através de técnicas como a do 210Pb, pois são ambientes de deposição com

pouca perturbação, onde predominam sedimentos com granulação fina.

Sedimentogenese

A sedimentogenese é fundamentada nos processos que determinam a origem dos

sedimentos como a erosão, transporte e deposição, pois sem a atuação desses não haveria o

transporte dos sedimentos até os ambientes de deposição e formação das camadas sedimentares.

Além disso, o intemperismo cessaria. De acordo com a forma que ocorre o transporte pode-se

classificar os sedimentos como detríticos ou clásticos, quando sofrem o transporte mecânico

por estarem na forma de grãos ou como químicos quando presentes em solução na forma de

solutos que precipitam na etapa de deposição (SUGUIO, 2003). A Figura 2 apresenta a origem

dos sedimentos ou fundamentação da sedimentogenese.

O intemperismo é o conjunto de processos de ordem física, química e biológica que

deriva uma partícula das rochas aflorantes na superfície da Terra. O intemperismo físico pode

ser caracterizado pela alteração mecânica das rochas e minerais, sendo resultado de um stress

gerado por forças endógenas ou exógenas, que promovem a ruptura e um desagregamento dos

minerais. Alterações deste tipo em que são mantidas a identidade e a composição original da

rocha são classificadas como intemperismo físico. Nessas condições, os principais agentes que

promovem este tipo de decomposição são as variações de temperatura (ciclos de congelamento

e descongelamento) e pressão (compressão e descompressão) (TOLEDO; OLIVEIRA e

MELFI, 2000).

34

7Figura 2 – Origem dos sedimentos ou sedimentogenese

Fonte: Adaptado de Isaías (2010)

Quando ocorre a decomposição da rocha com alteração química e mineralógica dos

seus elementos, denomina-se o processo de intemperismo químico, resultando em minerais

mais estáveis, sob novas condições ambientais. Os principais minerais presentes no manto de

alteração são o quartzo, as micas parcialmente transformadas, os argilominerais e os oxido-

hidróxidos de ferro e alumínio. Juntamente ao manto de alteração e produzida uma solução de

lixiviação rica em elementos solúveis presentes na superfície terrestre, como sódio, cálcio,

potássio, magnésio e em menor grau o silício. Outros elementos solúveis podem estar presentes

em menores quantidades (TOLEDO; OLIVEIRA e MELFI, 2000).

O intemperismo biológico ocorre principalmente devido aos esforços mecânicos

produzidos pelos vegetais através de suas raízes e de um ecossistema com microrganismos

atuantes. (MORRIS e FAN, 2010; VANONI, 1977; VAN RIJN, 1984).

Os sedimentos são encontrados em camadas na forma de partículas finamente

divididas no fundo de rios, lagos, reservatórios, baias, estuários e oceanos. Esses consistem de

maneira geral, em vários minerais com granulação fina, media e grossa, incluindo argilas, silte

35

e areia misturados com matéria orgânica, sendo que sua composição (mineral e orgânica)

dependerá da geologia e biota local, enquanto o tamanho das partículas ou granulometria varia

principalmente com as condições de sua origem (MANAHAN, 2000).

Dentre os minerais que constituem os sedimentos destacam-se os argilominerais, por

sua capacidade de incorporar elementos presentes no ambiente de deposição na rede cristalina,

além da capacidade de transformação no meio sedimentar dependendo das características

desses. Os argilominerais apresentam uma composição diversificada, sendo formadas por

argilominerais, que são constituídos por silicatos, hidratos de alumínio com variados cátions

(K+, Mg2+, Fe2

+, Fe3+, Na+, Ca2

+, NH4+, H+) ou aníons (SO4

2-, Cl-), hidróxidos (Fe, Al, Mn) e

partículas coloidais orgânicas e inorgânicas (POPP, 1998).

Os sedimentos desempenham o papel importante no esquema de poluição de sistemas

de rios por metais. Eles refletem a quantidade corrente do sistema aquático e podem ser usados

para detectar a presença de contaminantes que não permanecem solúveis após o seu lançamento

em águas superficiais. Mais do que isso, os sedimentos agem como carregadores e possíveis

fontes de poluição, pois os metais não são permanentemente fixados por eles e podem ser

redispostos na água, em decorrência de mudança nas condições ambientais, tais como: potencial

hidrogeniônico; potencial redox ou presença de quelantes orgânicos. As propriedades de

acúmulo e de redisposição de espécies nos sedimentos os qualificam como de extrema

importância em estudos de impacto ambiental, pois registram, em caráter mais permanente, os

efeitos de contaminação (FÖRSTNER et al.,1984; MOZETO, 1996).

Transporte dos sedimentos

Os processos hidrossedimentológicos estão intimamente vinculados ao ciclo

hidrológico e compreendem as etapas de deslocamento, transporte e deposição de partículas

sólidas presentes na superfície da bacia hidrográfica (SILVA; CAMARGO e CERETTA,

2004).

No ciclo hidrossedimentológico (Figura 3), os materiais resultantes do processo de

erosão acabam sendo transportados principalmente pela ação das águas de escoamento

superficial, sendo tal transporte influenciado pelas condições topográficas do local e pela

36

granulometria dos materiais carreados. O transporte desse material se dá por fluxo de massa,

podendo ocorrer na forma de rolamento e arraste da partícula, ou então por suspensão

(VESTENA, 2008).

Fundamentalmente, os sedimentos podem ser transportados pelo fundo ou em

suspensão na coluna d’água. É comum dividir os modos de transporte de sedimento em três

partes: carga de fundo, carga suspensa e carga lavada (FREDSOE e DEIGAARD, 1992).

A carga lavada constitui-se de partículas muito finas que são transportadas pela água

e que normalmente não são retratadas no fundo. Entretanto, o entendimento da composição do

material de fundo não permite nenhuma predição da taxa de transporte da carga carreada. Desta

forma, quando o termo “descarga total de sedimento” é utilizado, a carga lavada é desprezada.

Do total da carga de sedimento é feita uma distinção entre as duas categorias, a carga de fundo

e a carga suspensa. Nenhuma definição precisa destes termos foi exatamente colocada, mas a

ideia básica da separação do total da carga de sedimento em duas partes é que dois mecanismos

diferentes são efetivamente atuantes durante o transporte (FREDSOE e DEIGAARD, 1992).

A carga de fundo é definida como a parte da carga total que possui mais ou menos um

contato contínuo com o fundo. Isto inclui primariamente os grãos que rolam, deslizam, ou

pulam ao longo do fundo. Assim, a carga de fundo deve ser determinada quase que

exclusivamente pela tensão de cisalhamento efetiva (tensão de corte de fundo) atuando

diretamente na superfície do sedimento. A carga suspensa é definida como a parte da carga total

que está se movendo sem contato contínuo com o fundo em resposta da agitação da turbulência

do fluido (LICK e ZIEGLER, 1992; CARVALHO, 2008).

37

A Figura 3 apresenta os diferentes modos de transporte de sedimento.

7Figura 3 – Diferentes modos de transporte de sedimento:

A – Carga de fundo em baixa tensão de cisalhamento; B – Escoamento em folha; C –

Sedimento suspenso

Fonte: Adaptada de Fredsoe e Deigaard (1992)

Para Carvalho (2008), o processo de deposição ocorre quando a energia do escoamento

se reduz até a condição de não poder continuar a deslocar a partícula. O depósito dos sedimentos

geralmente ocorre em locais relativamente mais baixos, em depressões naturais do terreno ou

mesmo em encostas de declividade mais suave. Além disso, o material pode adentrar a rede de

drenagem, sendo transportado pelos cursos d’água até o oceano ou ficar retido em reservatórios,

nas margens de cheia, em planícies de inundação, deltas e estuários. De acordo com Foster

(1982), há a possibilidade, dos sedimentos transportados poderem ainda serem depositados em

determinados locais apenas temporariamente, e após um evento subsequente ressuspendê-los e

movimentá-los novamente através do sistema de transporte.

Segundo Carvalho (2008), os sedimentos que chegam ao curso d'água apresentam

diversas formas, tamanhos e pesos, sendo submetidos a um processo de transporte diferenciado,

de acordo com as condições do local e do escoamento. De acordo com o autor, o transporte nos

canais pode ocorrer de três maneiras:

i. Carga sólida de arrasto – são as partículas de sedimento que rolam ou

escorregam longitudinalmente no curso d’água. As partículas estão em

contato com o leito praticamente todo o tempo.

ii. Carga sólida saltante – são as partículas que pulam ao longo do curso d’água

por efeito da correnteza ou devido ao impacto de outras partículas.

38

iii. Carga sólida em suspensão – são as partículas que estão suportadas pelas

componentes verticais das velocidades do fluxo turbulento, enquanto estão

sendo transportadas pelas componentes horizontais dessas velocidades, sendo

pequenas suficientemente para permanecerem em suspensão.

A Figura 4 ilustra os processos de transporte dos sedimentos em canais, apresentando

as três condições e formas de ocorrência do transporte em um corpo hídrico sendo a carga sólida

de arrasto, a carga sólida saltante e a carga sólida em suspensão.

Figura 4 – Modos de transporte de partículas nos corpos hídricos

Fonte: Adaptado de Plummer, Mcgeary e Carlson (2005)

Ward e Trimble (1995) afirmam que a carga em suspensão pode representar mais de

90% do material total transportado. As partículas de granulometria maior, como as areias e

cascalhos, são roladas, deslizadas ou saltam ao longo do leito dos rios. A porcentagem das

partículas em suspensão, também é descrita e considerada por Carvalho (2008), e é

predominantemente maior que a do fundo no alto curso (Apresenta valores com porcentagem

equivalente a 90% a 95%).

39

A proporção entre os materiais dissolvidos e materiais particulados varia entre os

diferentes cursos d’água. Segundo Christofoletti (1981), para os rios brasileiros, a carga

particulada geralmente é bem maior que a carga dissolvida. Além disso, o autor discorre que a

composição química das águas fluviais varia de acordo com a litologia, a vegetação e a

utilização do solo da bacia hidrográfica.

O somatório das parcelas de sedimentos carregadas em suspensão e de fundo ou leito

corresponde à carga total de sedimentos transportada pelo curso d’água. A carga total de

sedimentos é, em última análise, composta por materiais fornecidos por processos químicos,

processos pluviais e movimentos de arraste de massa nas vertentes.

Segundo Silva, Schulz e Camargo (2003), é importante ressaltar que a maior parte

dessas considerações é válida principalmente para bacias com pouco índice de degradação, pois

se houver exploração em demasia do solo e dos recursos hídricos de uma bacia, seu regime

fluvial, bem como o regime hidrossedimentológico, podem apresentar-se completamente

distorcidos em relação a seu regime natural.

Distribuição dos sedimentos nos recursos hídricos

Segundo Carvalho (2008), para distribuição dos sedimentos no curso d’água, devemos

considerar que existe a distribuição dos sedimentos na vertical, numa dada seção transversal,

ao longo de um curso d’água e em relação ao tempo.

Ao se pensar na distribuição vertical de sedimentos em um reservatório, é importante

destacar que as partículas em suspensão estão sujeitas a ação da velocidade da corrente na

direção horizontal predominantemente e do seu peso. Desse modo, a concentração de sedimento

é menor na superfície e maior próxima ao leito, para uma granulometria variada. Como é

possível observar na Figura 5, as partículas maiores como a areia apresentam uma variação

crescente da superfície para o leito, enquanto as partículas menores como silte e argila tendem

a apresentar uma distribuição mais uniforme (SUBCOMMITTEE ON SEDIMENTATION,

1963).

40

Figura 5 - Distribuições verticais dos sedimentos que podem ser encontradas em cursos

d’ água

Fonte: Subcommittee on sedimentation (1963) citado por Carvalho (2008)

Segundo Carvalho (2008), ao se tratar da distribuição de sedimentos em uma

determinada seção transversal de um curso d’água corrente, pode-se dizer que esta é

influenciada pela sua vazão, pela disponibilidade dos sedimentos carreados e pela

granulometria. A Figura 6 ilustra o comportamento das velocidades, as concentrações de

sedimentos e a descarga sólida em uma seção transversal.

Dentre o material particulado carregado em suspensão, os sedimentos mais finos, que

compreendem as frações das classes silte e argila, possuem um padrão da velocidade de

deposição distinto com relação a outros grãos maiores, sendo influenciado por fatores

intrínsecos como a salinidade, a própria concentração de sedimentos e a matéria orgânica na

coluna d' água, além da própria composição mineralógica (SOLOMONS e FORSTNER, 1984;

KRONE, 1962; LICK e ZIEGLER, 1992).

41

Figura 6 – Seção transversal em um corpo hídrico e o comportamento das velocidades,

concentração dos sedimentos e descarga sólida

Fonte: Subcommitee on Sedimentation (1963) e citado por Carvalho (2008)

Assoreamento dos reservatórios

As interferências de caráter antropogênico no ambiente, ao construir uma barragem,

decorre de alterações nas condições naturais do rio reduzindo a velocidade do fluxo de água, o

que favorece a deposição dos sedimentos transportados e leva a modificações no equilíbrio

sedimentológico tanto a montante como a jusante do reservatório formado (GLYMPH, 1973;

CARVALHO et al., 2000).

42

Os objetivos e funcionalidades de um reservatório apresentam os mais diversos fins,

como: geração de energia, irrigação, abastecimento urbano e industrial, controle de enchentes

e recreação, pesquisas acadêmicas, entre outros. Cabe ressaltar que a construção de uma

barragem, pode gerar uma série de modificações físicas, ambientais e sociais na bacia

hidrográfica pertencente, sendo notório a modificação no regime de vazão do rio contribuinte,

pois, segundo Carvalho et al. (2000) ocorre a alteração sobre o transporte/escoamento dos

sedimentos pelos cursos d’água.

Quando há uma mudança no regime de escoamento, como a construção de uma

barragem e formação do reservatório, essa mudança se traduz por grandes depósitos de

sedimentos no reservatório. Isso corresponde a uma “agradação” do leito, quer dizer

assoreamento do trecho à montante da barragem. Da mesma forma há uma mudança drástica a

jusante da barragem: por falta da descarga sólida e mudança de regime, as águas começam a

degradar o leito e as margens. Essa mudança pode ocorrer por duas formas: as concentrações

granulométricas dos sedimentos do leito aumentam pelo transporte dos sedimentos finos, até

um novo equilíbrio, ou a declividade do leito aumenta (BRUK, 1985).

Carvalho (2008) destaca para a melhor compreensão dos termos, que: o assoreamento

dos reservatórios é o estado final que a partícula de sedimento terá, sendo o resultante dos

processos de formação/origem, como por exemplo a erosão e o transporte de sedimentos.

Os autores Asthana e Nigam (1980); Vanoni (1977) explicam que o processo de

assoreamento dos reservatórios possui fatores predominantes e podem vir a influenciar na

maneira que irá ocorrer a colmatação de um determinado reservatório. Tais fatores são variáveis

de acordo com as condições da bacia hidrográfica e podem tornar mais rápido ou mais lento.

São eles: clima, pluviosidade, hidrologia, formação geológica, topografia, cobertura vegetal,

tipo e uso do solo e composição química das águas e dos sedimentos, geometria do lago,

sinuosidade do curso d’água afluente, vazão afluente, velocidade dentro do lago, entre outros

fatores de característica próprias da região em questão.

Ao instalar/construir um reservatório em um determinado recurso hídrico, este terá

suas seções transversais aumentadas, enquanto as velocidades de corrente decrescem, criando

as condições ideais para o depósito de sedimentos. Segundo Carvalho (2008) e Mahmood

(1987), as partículas mais grossas como por exemplo areias e cascalho são as primeiras a se

43

depositar ao fundo enquanto o sedimento com a granulometria mais fina (Silte e Argila) tendem

a adentrar ao reservatório.

A construção de uma barragem representa um impedimento à passagem da maior parte

das partículas para jusante do reservatório, podendo gerar um escoamento das mesmas através

de estruturas como os vertedores ou condutos como o descarregador de fundo. À medida que o

assoreamento cresce, a capacidade do reservatório diminui, enquanto a influência do remanso

aumenta para a montante, as velocidades no lago aumentam e uma maior quantidade de

sedimentos passa a se escoar para jusante (CARVALHO, 2008; MORRIS e FAN, 2010).

Sedimentos que se depositam pela influência do reservatório podem se estender para

montante e para jusante, não se distribuindo uniformemente mesmo dentro do lago (Figura 7).

A deposição de montante se denomina deposito do remanso (backwater deposit), em referência

ao fenômeno hidráulico, sendo re-montante à medida que aumenta e, geralmente, sedimentos

de granulometria maior, como areia. As deposições de dentro do reservatório são chamadas de

delta (del-ta), depósito de margem (overbank) e depósito do leito (bottom-set deposit); o delta

e depósitos na entrada do reservatório se formam com sedimentos grossos e os depósitos no

interior do reservatório com sedimentos finos (CARVALHO, 2008; MAHMOOD, 1987;

ICOLD, 1989; VANONI, 1977).

Considerando os diversos tipos de reservatórios esses depósitos têm diferentes

comportamentos na sua formação. A Figura 7 apresenta a localização destes tipos depósitos e

os principais problemas ocasionados.

Esses tipos de depósitos, apresentados na Figura 7, podem propiciar diferentes

impactos ou consequências, mas fica notório que os depósitos começam assoreando o volume

útil e posteriormente segue para o volume morto. Quando falamos nas consequências dos

depósitos, devemos observar através de realização de perfis topobatimétricos, na qual será feita

a classificação e a ocorrência na área de estudo para mensurar seus efeitos impactantes e optar

por decisões corretas.

44

Figura 7- Esquema sobre a formação de depósitos de sedimentos nos reservatórios em

delta e seus principais problemas

Fonte: Carvalho (2008)

Carvalho, (2008) e Coiado (2001) apontam as principais causas e consequências para

os tipos de depósitos em lagos de barragens. Para os depósitos de remanso podem criar

problemas de enchentes a montante, já os depósitos do interior do lago provocam a redução da

capacidade do reservatório, sendo que a variação do nível d’água condicionará a formação do

delta ou de depósitos de outras naturezas. A maior parte dos depósitos de delta reduz

gradualmente a capacidade do reservatório, enquanto o os depósitos de leito reduzem o volume

morto. Parte do Delta também fica contida no volume morto. Os sedimentos que alcançam a

barragem e passam pelas estruturas, como vertedores e condutos podem provocar abrasões nas

estruturas, comportas, tubulações, turbinas e outras peças.

45

World Commission on Dams – WCD (2000) ressalta os impactos causados a jusante

dos barramentos, uma vez que os corpos hídricos com menos sedimentos interferem nos

processos geomorfológicos e nos ecossistemas destes locais.

O acúmulo de sedimentos no reservatório, caracteriza o seu assoreamento e com o

passar do tempo os reservatórios perdem uma porcentagem da sua capacidade e função, sendo

a de armazenamento de água para os mais diversificados fins.

Granulometria

Análise granulométrica dos solos ou simplesmente granulometria é o processo

laboratorial que visa determinar em faixas, pré-estabelecidas, o tamanho dos grãos e a

percentagem em peso que cada fração possui em relação à massa total da amostra em análise.

De uma forma geral, a parte sólida dos solos é composta por um grande número de partículas

que possuem diferentes dimensões.

A distribuição granulométrica (Figura 8) é representada através de uma curva que

possibilita assim a determinação de suas características físicas. As frações granulométricas são

divididas de acordo com as dimensões das partículas compreendidas entre determinado limite

convencional. Nesse sentido, na Figura 8 estão apresentadas as classificações adotadas pela

ASTM (American Society for Testing Materials), AASHTO (American Association for State

Highway and Transportation Officials), ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) e

MIT (Massachusetts Institute of Technology) (TAVARES, PINHEIROS e SOARES, 2006).

Nesta pesquisa foi adotada a classificação segundo a ABNT.

De acordo com a definição da ABNT para a análise granulométrica, os aspectos e

efeito do tamanho das partículas sobre a acumulação de algumas espécies metálicas deve ser

observado na fração ≥ 63μm (silte e argila).

Os sedimentos contaminados frequentemente mostram um enriquecimento similar de

metais nas frações mais finas, (silte e argila), contudo, existem situações nas quais os metais

contaminantes atingem as frações mais grossas do solo. Os resultados obtidos por Garlipp

(2006) mostram a importância de se analisar a fração fina para a obtenção da concentração dos

46

metais traço, uma vez que, aliada a abundância de matéria orgânica favorece a sorção de metais-

traço às partículas de sedimento.

Figura 8- Escalas granulométricas adotadas pelas ASTM, AASHTO, MIT e ABNT

Fonte: Adaptado de Tavares, Pinheiros e Soares (2006)

Qualidade dos sedimentos urbanos frente aos processos de urbanização

As modificações antropogênicas em áreas urbanas podem implicar em diversos

passivos ambientais no aspecto hidrológico, onde a qualidade da água seja ela superficial ou

subterrânea estará sujeita a degradação. Poleto e Castilhos (2008) trazem como as principais

implicações a perda de qualidade dos recursos hídricos o lançamento de efluentes (domiciliares,

industriais ou provenientes das atividades agrícolas), sendo considerada sua deposição no corpo

hídrico na forma líquida e sólida ou ainda que possam infiltrar através do solo. A

impermeabilização do solo contribui para o carreamento dos poluentes através do escoamento

superficial. Substâncias nocivas à saúde do ambiente podem estar agregadas ao sedimento

escoado e conter elementos como metais, hidrocarbonetos e organoclorados, consequentemente

podem levar a contaminação do corpo d’água receptor (METRE; MAHLER, 2003). A Figura

47

9 apresenta algumas das fontes de produção de sedimentos e contaminação a qual estão

expostos no carreamento até os corpos d’água.

Figura 9 – Origem e destinação dos sedimentos em ambientes urbanos

Fonte: Taylor (2007) e Poleto e Laurenti (2007)

Segundo Elder (1988), os metais podem ser encontrados em uma diversidade de

formas e compartimentos biogeoquímicos, sendo íons hidratados ou livres, coloides,

precipitados, adsorvidos a fase sólida e na forma de complexos de coordenação com diferentes

ligantes orgânicos e inorgânicos. Segundo Pardos et al. (2004), os sedimentos contaminados

são os maiores contribuintes para a degradação dos ecossistemas lacustre, é de fundamental

importância que se conheça o seu comportamento e toxicidade, para atuar na preservação dos

recursos hídricos.

Para Muller et al. (1977), os contaminantes em ecossistemas aquáticos podem ser

investigados analisando parâmetros como a água, partículas de sedimentos em suspensão ou

então os sedimentos. Lemes (2001) diz que por se tratarem de compostos orgânicos e

inorgânicos, os sedimentos de um corpo d’água estão propensos a céleres trocas em sua

composição com a coluna de água, caracterizam uma importante ferramenta no meio de avaliar

os níveis de poluição presente no ecossistema.

48

Os metais, estão presente no ambiente natural e podem ser intensificadas por

atividades antropogênicas e colaborar significativamente para a elevação da concentração no

ambiente (SINGH et al., 2005; SKJELKVALE et al., 2001). Segundo Baird (2002), os

elementos traço possuem sua densidade alta quando comparados com outros materiais, se

caracterizam muitas vezes por causar riscos à saúde humana e se agregam às partículas de

sedimentos ou solo em sua deposição final. Os condicionantes da bacia hidrográfica e corpos

d’água são determinantes para a flexibilidade e a disponibilidade destes elementos traços na

água (SKJELKVALE et al., 2001).

É possível observar que, quando um metal-traço entra em um corpo d’água, ele está

sujeito a inúmeros processos físicos, químicos e biológicos controlados pela hidrodinâmica

local, que pode resultar na mudança da sua partição geoquímica, estabelecendo-se um equilíbrio

entre as fases dissolvida e particulada. Assim, este material particulado pode servir como fonte

de metais dissolvidos para coluna d’água, ou como removedor de metais dissolvidos por

adsorção no material particulado em suspensão.

No material particulado a adsorção dos metais geralmente é seguida pela floculação,

sedimentação e deposição do sedimento. Os sedimentos são reservatórios dinâmicos dentro de

um ecossistema, e também podem estar sujeitos a uma variedade de processos físicos, químicos

e biológicos, responsáveis pela reciclagem desses elementos metálicos na coluna d’água

(CABELO-GARCÍA; PREGO, 2003).

Segundo Cabelo-García e Prego (2003), os metais podem se adsorver na superfície

dos colóides, tanto os orgânicos como nos inorgânicos, por meio das forças eletrostáticas,

estando, portanto, envolvidos na adsorção não específica. Na fase dissolvida, os coloides

dependendo do equilíbrio com a fase particulada, podem receber contribuições importantes de

metais oriundos das regiões entre a coluna de água e sedimentos. Na fração dissolvida, o metal

pode circular e pode sofrer complexação por ligantes orgânicos, como a matéria orgânica

dissolvida ou complexação por ligantes inorgânicos, como carbonatos, hidroxila, sulfetos, entre

outros.

49

Contaminação e enriquecimento dos sedimentos por metais

Os metais ocorrem naturalmente nos solos. Sua composição depende, principalmente,

do material de origem em seu processo de formação, composição e proporção dos componentes

de sua fase sólida (FADIGAS et al., 2002).

As regiões industriais e urbanas estão se deparando com contaminação de solos por

metais e vem trazendo agravantes, como os passivos ambientais (HANESH e SCHOLGER,

2002). No entanto, a preocupação com o ambiente natural não se fez presente durante muitos

anos, tendo como resultado problemas ambientais de grandes dimensões (GÓIS, FARIAS e

ARAUJO, 2008).

Nas últimas décadas acentuou-se a preocupação quanto à contaminação e poluição do

solo e das águas superficiais e subterrâneas devido à grande expansão urbana e industrial

(MEURER, RHEINHEIMER e BISSANI, 2010).

Os metais estão presentes naturalmente em solos e nos recursos hídricos, sendo

superficial ou subterrâneo, o aumento em sua concentração pode ser ocasionado tanto por

processos naturais quanto por atividades antrópicas (GUILHERME et al., 2005).

Segundo Alloway (1990) diversos estudos de metais em ecossistemas indicaram que

grandes áreas próximas a complexos urbanos, metalúrgicas e rodovias apresentam altas

concentrações desses elementos. Metais acumulados nos solos esgotam-se lentamente por

processos de absorção pelas plantas, lixiviação ou erosão (KABATA-PENDIAS e PENSIAS,

2001).

Digestão da Amostra ou Abertura da amostra

A primeira etapa de uma análise química consiste em submeter a amostra a um

tratamento adequado, visando a sua preparação para progredir nas etapas que formam uma

análise química (ARRUDA e SANTELLI, 1997).

50

A quantidade total de metais presentes no sedimento altera-se bastante em função do

material de origem, características e o sistema de manejo a que ele foi submetido, do tipo de

metal, de outros elementos presentes, entre outros fatores. A determinação dos teores totais de

elementos em sedimentos é uma importante ferramenta para monitorar a poluição ambiental.

A Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos da América (US-EPA) possui

métodos muito utilizados para a digestão de amostras de solos, sedimentos e resíduos, sendo o

procedimento de digestão, seguindo o método da EPA 3050, se dá pelo ataque por ácido nítrico

e água oxigenada, liberando os metais ligados à matéria orgânica, óxidos e outras frações

minerais, com exceção da silicatada. Segundo Abreu, Andrade e Falcão (2006), sua principal

desvantagem é o tempo muito longo para completar a digestão, podendo provocar riscos de

perdas e contaminações.

Outro método bastante eficiente é o conhecido como Água Régia, mistura fortemente

oxidante e tem a capacidade de dissolver até mesmo metais nobres, porém não dissolve

totalmente silicatos. Oliveira, Tavares e Mahler (2008) estudando a eficiência dos métodos de

análise do teor total de metais (Água Régia, EPA – 3051 e 3052), concluíram ser a “Água

Régia” a mais apropriada. No entanto, cabe ressaltar que o método EPA 3050 é um método

oficial, reconhecido e amplamente utilizado nos Estados Unidos e por muitos órgãos ambientais

do mundo. No Brasil, vários Estados utilizam esse método para poder comparar os teores

determinados metais.

Análise Espectrometria de Emissão com Plasma Acoplado Indutivamente

(ICP OES)

Análise através da técnica de Espectrometria de Emissão Óptica com Plasma Acoplado

Indutivamente (ICP OES) surgiu na década de 70 e foi inicialmente desenvolvida como

alternativa à Espectrometria de Absorção Atômica (EAA) e outras técnicas como

Espectrometria de Emissão Atômica por arco e centelha. O ICP OES, comparado à EAA, por

exemplo, tem somente cerca de metade de sua história comercial e um décimo ou menos de

número de unidades em operação no mundo. Apesar disso, os aperfeiçoamentos do instrumento

e novas aplicações para o plasma estão ocorrendo em velocidade mais elevada (PETRY, 2005).

51

Esta técnica é tradicionalmente utilizada para a análise de solos e sedimentos. A

técnica de ICP OES tem sido aplicada frequentemente, pois oferece uma grande série de

vantagens, como por exemplo, a análise multi-elementar simultânea, uma alta sensibilidade e

precisão nos resultados, sempre com rapidez na execução da técnica. Está técnica permite ainda,

determinar desde as baixas concentração de metais e não-metais até as maiores concentrações.

Segundo Harper e Oliveira (2006) e Medeiros (2009), o plasma é uma fonte que produz

alta temperatura, onde minimiza efeitos de matriz e produz uma sensibilidade adequada para

maioria dos metais e não-metais, em diferentes faixas de concentração. Essa técnica de análise,

é aplicável e permissível para a determinação de sólidos, líquidos e gases e tem a capacidade

de produzir resultados rápidos e úteis para controle de processos, tais como, a contaminação de

sedimentos, solo, entre outros.

Relação dos sedimentos associados aos níveis de poluição (Background)

Os sedimentos são uma referência à condição de saúde de um sistema aquático, pois

estes atuam como um depósito para acumulação dos contaminantes. O estudo das colunas

sedimentares, “CORES”, seguindo o princípio da superposição das camadas geológicas, pelo

qual as camadas sedimentares são depositadas em uma sequência de tempo, com o estrato mais

antigo no fundo e o mais novo no topo, podendo fornecer o registro histórico das substâncias

oriundas de atividades antrópicas, que se desenvolveram na bacia hidrográfica ao longo dos

últimos anos (MÜLLER, GRIMMER e BÖHNKE, 1977).

Para validar os estudos é necessária a identificação dos níveis de base desses elementos

na área. Essas amostras, denominadas background, possibilitam inferir sobre o enriquecimento

de sedimentos por poluentes a partir da determinação de seus níveis naturais, e podem ser

obtidas em amostras da base de testemunhos sedimentares lacustres, ou em áreas vegetadas

preservadas na área em que se realizará o estudo. A concentração natural dos elementos no solo,

também chamada de fundo geoquímico local, é derivada principalmente do material de origem

da área, associado aos processos que atuaram na sua formação geoquímica (MALLMANN,

2009).

52

Segundo Poleto (2007), para a avaliação dos níveis de metais encontrados nas áreas de

estudo é muito importante a utilização de valores de background locais. Estes podem ser obtidos

através de amostras compostas coletadas em áreas vegetadas sem alterações antrópicas ou do

fundo de lagos, ou seja, áreas que não foram afetadas por descargas de contaminantes (OMEE,

1993).

As concentrações totais de metais contidas nesses sedimentos coletados nas áreas de

background, possibilitam informações importantes sobre os níveis originais dos metais

presentes no sedimento antes das ações antropogênicas (BUYKX et al., 2000). A utilização de

concentrações dos backgrounds pode ser útil tanto para comparações entre os resultados de

estudos em áreas degradadas, quanto para a tomada de decisões quanto a remediação de áreas

contaminadas ou potencialmente contaminadas.

Nesse contexto, no estudo das colunas sedimentares torna possível a identificação da

variação cronológica das atividades antrópicas desenvolvidas em uma bacia, bem como

mensurar seus impactos sobre o ecossistema aquático.

Aspectos gerais sobre o Chumbo presente em sedimentos

O chumbo é o elemento químico de número atômico 82, pertencente à família do

carbono, na tabela periódica. Seu peso específico varia de 11,2 a 11,4 g/cm3, dependendo se o

metal é moldado ou laminado. O metal funde a 327ºC e entra em ebulição a 1620ºC,

aproximadamente. É um elemento tóxico, assim como muitos dos metais.

O metal Chumbo possui característica como: metal cinzento, dúctil e maleável, sendo

encontrado na água sob a forma solúvel, suspenso e em baixas concentrações devido à

solubilidade; é um metal tóxico, que tende a se acumular nos tecidos do homem e de outros

animais. O chumbo aparece na natureza principalmente como sulfeto de chumbo, carbonato de

chumbo, sulfato de chumbo e clorofosfato de chumbo.

A presença, acima dos padrões ambientais, pode causar efeitos nocivos tais como:

anemia, disfunção neurológica, enfraquecimento renal, irritabilidade; paralisia dos nervos;

pressão sanguínea elevada, edema de papila, convulsão e coma; nefrite saturnina; cancerígeno,

53

mutagênico e teratogênico; intoxicações consideradas como não graves; problemas na

descendência, desde a provocação de abortos, partos prematuros e crianças com problemas que

incluem desde alterações no sistema nervoso até morte prematura.

A contaminação dos sedimentos por chumbo pode advir de forma natural ou geológica,

como também através de atividades exercidas pelo homem (mineração, indústria e transporte).

Sendo assim, o teor de chumbo nos solos varia de região a região: em regiões próximas às vias

de tráfego intenso e de indústrias, os teores de chumbo são bem mais elevados que aqueles

encontrados em áreas isoladas (LARINI, 1993).

Segundo Lourenço e Landim (2005), o chumbo é um dos metais de utilização

industrial mais variada, presente, sobretudo em baterias. Como todo metal pesado, degrada-se

muito lentamente no ambiente, persistindo durante décadas no solo e no fundo de rios, lagoas

e represas, propiciando que os fatores promoventes da disponibilidade atuem sobre o metal.

Os principais fatores que afetam a disponibilidade de chumbo nos solos são a

mineralogia, matéria orgânica, substâncias solúveis em água, presença de ligantes, conjunto de

fases sólidas contendo o chumbo e que possam controlar sua solubilidade, pH da solução e

composição mecânica do solo. Metais como Cr, Ni, Cu, Zn, Mo, e Sn, Ag, Cd, Hg e Pb possuem

ciclos biogeoquímicos significativamente perturbados, sendo esses elementos de grande

importância na regulamentação ambiental (SPOSITO, 2008).

Chumbo como traçador geocronológico

Os principais radionuclídeos, naturais ou antropogênicos, transportados pela atmosfera

para os ambientes aquáticos e utilizados como traçadores em processos geocronológicos são 210Pb, 137Cs, 238Pu, 239Pu, 240Pu e 7Be. Esses radiotraçadores são aplicados na datação referente

a uma escala de tempo de poucos anos a algumas décadas (ARGOLLO, 2001; BONOTTO e

LIMA, 2006).

O 210Pb tem sido utilizado com frequência como traçador na datação de sedimentos

em ambientes aquáticos referente a intervalos da ordem de 100 a 150 anos (BONOTTO e

54

LIMA, 2006; JETER, 2000; LIMA, 2006) e no estudo do comportamento dinâmico de metais

poluentes (BASKARAN e NAIDU, 1995).

Isótopos do Chumbo

O chumbo possui três isótopos naturais estáveis pertencentes às séries (ou famílias)

radioativas naturais que são: 206Pb, 207Pb e 208Pb. Esses isótopos são os elementos finais das

séries radioativas naturais do 238U (série do urânio, Figura 10), 235U (série do actínio) e 232Th

(série do tório), com a abundância na natureza dada por 24.1%, 22.1% e 52.4%,

respectivamente. O 204Pb é único isótopo radioativo natural que, devido à sua longa meia-vida,

pode ser considerado estável, tendo abundância natural de 1,4% (MELLOR, 1958). O chumbo

apresenta alguns isótopos radioativos presentes em todas as séries radioativas naturais. São eles: 210Pb, 211Pb, 212Pb e 214Pb, podendo ser observados através da Figura 10 onde apresenta a série

de decaimento do urânio.

Dentre os isótopos radioativos, o 210Pb apresenta a maior meia-vida, 22,26 anos, sendo

esta uma das principais propriedades que se combinam para torná-lo um importante traçador

geocronológico, permitindo a datação de sedimentos com idades recentes, (100-150 anos),

sendo um radionuclídeo de ocorrência natural, com meia-vida relativamente longa, é facilmente

encontrado no solo e nas rochas e contribui com a mais alta dose de radiação para o Homem.

55

Figura 10- Esquema do decaimento radioativo do 238U

Fonte: Oliveira (2010)

Deposição de 210Pb nos sedimentos

O 210Pb está presente na atmosfera em decorrência do gás 222Rn que escapa dos solos.

Na atmosfera, o 222Rn sofre transmutação através de uma sucessão de decaimentos de meia vida

curta, até à formação do 210Pb (Figura 11). Nos ambientes aquáticos, o suprimento se dá por

precipitação atmosférica, assim como pelo decaimento do 226Ra presente nas águas.

56

Figura 11 – Ciclo hidrogeoquímico do 210Pb Fonte: adaptada de Mozeto (2006)

Os átomos de 210Pb presentes na atmosfera são removidos por precipitação úmida ou

deposição seca e injetados na superfície das águas (neve, chuva, material particulado). Essa

precipitação é considerada constante sobre cada unidade de área, para uma mesma região, sendo

dependente de uma série de fatores que se relacionam com as características do solo, ventilação

e índice pluviométrico (CAZOTTI et al., 2006). No decorrer desse processo, o 210Pb depositado

nas superfícies aquáticas é adsorvido pela matéria sólida em suspensão, sendo adicionado aos

sedimentos pelo fluxo de partículas de sedimentação.

O 210Pb presente nos sedimentos proveniente da precipitação atmosférica é

denominado 210Pb “não produzido”, enquanto que o 210Pb originado no ambiente aquático pelo

decaimento do 226Ra e incorporado aos sedimentos é denominado 210Pb “produzido”. O 210Pb

total presente nos sedimentos é a soma dessas duas frações.

57

Datação Geocronológica com 210Pb

Os modelos utilizados em datação geocronológica utilizando o 210Pb procuram

minimizar os problemas intrínsecos causados, principalmente, pela migração do sedimento,

variações da taxa de sedimentação e compactação da coluna sedimentar. Ao longo da coluna

sedimentar a concentração de 210Pb não produzido diminui conforme a profundidade devido ao

seu decaimento radioativo para 210Bi, sendo que as camadas de sedimentos são formadas com

regularidade cronológica que permite a sua datação (FIGUEIRA, 2007).

O método proposto por Goldeberg (1963) permite a determinação da idade de

materiais geológicos, como os sedimentos, formados no máximo há 100 anos, visto o tempo de

meia-vida do 210Pb. Considerando isso, o 210Pb tem sido usado para estudar a taxa de deposição

de neve em vários ambientes, datar água doce recente e sedimentos lacustres ou marinhos. É

importante considerar que os sedimentos lacustres possuem uma coluna sedimentar mais

preservada em relação aos sedimentos marinhos que são mais perturbados normalmente pela

ação das ondas e ventos.

Basicamente, o modelo a seguir tem sido utilizado para o cálculo da idade, em função

da profundidade.

Método C.R.S. (Constant Rate of Supply)

Esse modelo (APPLEBY e OLDFIELD, (1978); GOLDBERG, (1963); ROBBINS,

(1978); IVANOVICH e HARMON, (1992); NOLLER, (2000)) é aplicado quando a taxa de

sedimentação não é constante ao longo do tempo, mas o fluxo de 210Pb “não produzido” na

interface sedimento/água permanece constante.

A formulação matemática utiliza uma integração dos valores das atividades levando

em consideração a profundidade de uma determinada fatia do sedimento e a profundidade onde

a atividade se torna desprezível (ALLEN et al., 1993; MCDONALD e URBAN, 2007;

TURNER e DELORME, 1996). Dessa forma, tem-se conforme Equação 1:

Bz = B∞ . e−λt Equação 1

58

Onde Bz é a atividade integrada de 210Pb “não produzido” desde a base da coluna

sedimentar até uma profundidade z e B∞ representa a atividade integrada em toda a coluna de

sedimentos.

A idade do sedimento a uma profundidade z é, então, dada pela Equação 2:

t =(1/ λ ). ln[B∞ / Bz ] Equação 2

Quantificação do 210Pb em sedimentos

A quantificação do 210Pb presente nos sedimentos pode ser feita através de dois

métodos: espectrometria gama e métodos radioquímicos (JIA, 2000; 2001). Nesta pesquisa foi

utilizada o método radioquímico.

A espectrometria gama (SAKANOUE, YAMAMETO e KOMURA, 1987; STEPHEN

e SCHERY, 1980) é feita através da contagem direta dos raios gama de baixa energia (46,5

keV) do 210Pb com o auxílio de um sistema de espectrometria gama. Esse método apresenta

simplicidade e rapidez na aquisição dos dados, não é destrutivo, não requer o uso de traçadores

radioativos e possibilita a análise de diferentes radionuclídeos simultaneamente (DUARTE e

BONOTTO, 2000; JIA, 2000; 2001).

Por outro lado, as baixas concentrações de 210Pb, geralmente encontradas na maioria

das amostras biológicas e ambientais (tipicamente 1 a 100 Bq kg-1), a baixa energia da radiação

emitida, a elevada radiação de background e a auto-absorção dos raios gama na amostra,

representam obstáculos significantes para a utilização da espectrometria gama, uma vez que

impossibilitam suficiente precisão nas medidas (JIA, 2000; 2001; STEPHEN e SCHERY,

1980).

Os métodos radioquímicos (DESIDERI, 1995; HOLTZMAN, 1987; JIA, 2000; 2001;

JOSHI; ZINGDE, ZINGDE e DESAI, 1984; STEPHEN e SCHERY, 1980) apresentam alta

sensibilidade, podendo ser empregados em pequenas quantidades de material amostrado.

Entretanto, demandam um tempo bem maior, pois requerem um processo de separação química

dos elementos e/ou a espera para o crescimento da atividade dos nuclídeos (JIA, 2000; 2001).

59

Estes métodos podem ser aplicados de três maneiras: (1) separação do 210Po, produto

de decaimento do 210Pb, e contagem de sua atividade alfa (HOLTZMAN, 1987; STEPHEN e

SCHERY, 1980); (2) separação do 210Bi, do 210Pb, e contagem de sua atividade beta

(DESIDERI et al., 1995) e (3) separação do 210Pb e contagem da atividade beta do crescimento

do 210Bi (JIA, 2000; 2001; JOSHI, ZINGDE e DESAI, 1984).

Determinação da taxa de sedimentação pelo método do 210Pb

O uso de isótopos radioativos, para a determinação de taxas de sedimentação e idade

de sedimentos, é uma eficiente ferramenta em estudos geoquímicos, hidrológicos e

linminológicos, pois estabelece escalas cronológicas para diferentes acontecimentos,

permitindo seguir o traçado de processos naturais e artificiais e uma avaliação do impacto

antrópico sob o ambiente.

Os sedimentos são de fundamental importância para se obter uma visão histórica da

evolução que os sistemas naturais têm sofrido no tempo, pois uma grande quantidade de

informação dos fenômenos que podem ter acontecido fica gravada nas diferentes camadas que

o formam. É nas camadas mais superiores desse sedimento que se encontram as informações

sobre a influência do grande aumento da atividade humana e industrial deste último século

(ROBBINS, 1989; GATTI, 1997; MOREIRA et al., 2003).

O conhecimento da taxa de acumulação dos radionuclídeos em ambientes lacustres e

marinhos durante os últimos cem anos é de fundamental importância no entendimento de

processos geoquímicos sedimentários e aquáticos. Em geral a interpretação de perfis químicos

de sedimentos superficiais é limitada pela ausência do conhecimento das taxas de sedimentação

(ROBBINS, 1978; APPLEBY e OLDFIELD, 1978; CAMPAGNOLI, MOREIRA e

MAZZILLI 1998; ÁLVAREZ-IGLESIAS et al., 2007).

Além disso, taxas de sedimentação baseados em métodos paleológicos, carbono-14 ou

estratigráficos somente fornecem médias históricas envolvendo muitos metros de sedimentos.

Tais medidas não são somente deficientes em precisão e detalhes, mas não podem refletir

corretamente as taxas nos primeiros 20 centímetros ou mais do sedimento onde ocorrem

60

significantes trocas sedimento-água no tempo presente (ROBBINS e EGGINGTON, 1975;

ROBBINS, 1978, 1989).

Dentre os vários métodos de datação existentes os mais utilizados são os baseados no

desequilíbrio das séries radioativas naturais, urânio, actínio e tório, devido à longa meia vida

dos nuclídeos que constituem estas séries, sendo possível obter-se intervalo de idade de 105

anos até a idade da terra (GOLDBERG, 1963; APPLEBY e OLDFIELD, 1978; NOLLER,

2000).

Entretanto para estudos de camadas de sedimento mais recentes, onde se encontra toda

a informação da influência do grande aumento da atividade humana e industrial decorrente

deste último século, utiliza-se um método de datação baseado na medida da concentração do

nuclídeo 210Pb (meia vida 22,3 anos), membro da série radioativa natural do 238U, por fornecer

intervalos de idade de 100 a 150 anos (GARCÍA-TENÓRIO, 1986; FAURE, 1986; GATTI,

1997; APPLEBY e OLDFIELD, 1978; SAN MIGUEL, 2001; NOLLER, 2000; DAMATTO,

2003, 2007, 2009).

A principal fonte de 210Pb na atmosfera é, portanto, proveniente da emanação do

radônio das massas continentais (ROBBINS, 1978). Quando o 210Pb de origem atmosférica

precipita, decai com sua própria meia vida, pois se encontra isolado da série radioativa.

Adicionalmente nos sistemas onde se acumula o 210Pb precipitado como sedimentos, gelo,

também existe uma fração do mesmo radionuclídeo de origem do decaimento do 226Ra presente

no material que está em equilíbrio secular com o 226Ra decaindo com igual meia vida. Esta

fração é conhecida como 210Pb não produzido enquanto que a fração que precipita como 210Pb

produzido.

Portanto a partir da concentração de 210Pb produzido existente em um perfil de

sedimentos pode-se conhecer a taxa de sedimentação e datar, mediante a aplicação de modelos

matemáticos, as diferentes camadas do mesmo à medida que sua atividade decresce com a

profundidade. A quantidade de 210Pb produzido é determinada a partir da expressão:

210Pbtotal = 210Pbnão produzido + 210Pbproduzido

61

Determinando-se o 210Pbtotal e 210Pbnão produzido existente em cada uma das camadas do

sedimento obtém-se o 210Pbproduzido. Após estas determinações, aplica-se um modelo matemático

que mais se ajuste às características do local de estudo para se proceder aos cálculos da taxa de

sedimentação.

A taxa de sedimentação de massa (g cm-2 ano-1) quando o sedimento foi depositado na

profundidade z é apresentada pela Equação 3 (LIMA, 2000; MCDONALD e URBAN, 2007;

SANCHEZ-CABEZA et al., 2000):

𝒓𝒓 = 𝛌𝛌 𝐁𝐁𝐳𝐳𝐂𝐂𝐬𝐬

Equação 3

Onde Cs (unidade de atividade/g) é a atividade de 210Pb “não produzido” presente na

camada de profundidade z, sendo, portanto, Bz em unidades de atividade por cm² e 𝜆𝜆 é a

constante de decaimento radioativo do 210Pb (0,0311 ano-1).

Caracterização do avanço da urbanização por métodos Geotécnicos (SIG)

Com o aumento de estudos no âmbito da geocronologia, o uso de geotecnologias surge

como ferramenta multidisciplinar aplicável principalmente no que tange a dinâmica espacial,

temporal e gerenciamento ambiental, fornecendo o apoio necessário às pesquisas que

pretendem correlacionar a expansão urbana, o acumulo de sedimentos junto as fontes ativas de

contaminação antropogênica que podem ser lixiviadas até os recursos hídricos presentes na

bacia hidrográfica.

O Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, define o sensoriamento remoto como a

coleta de dados sobre um objeto ou fenômeno sem que ocorra contato físico entre o mesmo e o

coletor. Estes dados advêm da interação com a radiação eletromagnética, refletida ou emitida

pelo objeto em estudo. São os sistemas sensores, instrumentos principais do sensoriamento

remoto, responsáveis pela captação desta radiação e conversão para uma forma que possibilite

análises e interpretações (MOREIRA, 2001).

62

Neste sentido, Segundo Câmara (2001), o Sistema de Informações Geográficas (SIG),

é aplicado para sistemas que realizam o tratamento computacional de dados geográficos,

imagens de satélite e/ou fotogrametrias que possam atuar na recuperação de informações não

apenas com base em suas características alfanuméricas, mas também através de sua localização

espacial, oferecendo aos pesquisadores obterem uma visão inédita do ambiente de trabalho, em

que todas as informações disponíveis sobre um determinado assunto estão ao seu alcance, inter-

relacionadas com base no que lhes é fundamentalmente comum, a localização geográfica.

Para Thum et al. (2006), as aplicações da técnica do SIG permitem ao pesquisador

reconhecer as principais características do ambiente em épocas diferentes através da

variabilidade temporal que as imagens de satélite podem datar, fornecendo recursos para a

gestão e controle dos passivos ambientais, viabilizando a preservação através do seus mais

diversificados usos e aplicações ao ambiente. O SIG será, nessa medida, uma ferramenta que

permita dar respostas imediatas, através de análises permanentes e estabelecer evoluções do

local de interesse.

Câmara (2001) orienta ainda que as diversas definições existentes mostram a

multiplicidade de usos e visões possíveis dessa tecnologia e apontam para uma perspectiva

interdisciplinar de sua utilização. Ainda é possível indicar as principais características de SIGs

a partir desses conceitos:

• Inserir e integrar, numa única base de dados, informações espaciais provenientes de

dados cartográficos, dados censitários e cadastro urbano e rural, imagens de satélite, redes e

modelos numéricos de terreno;

• Oferecer mecanismos para combinar as várias informações, através de algoritmos de

manipulação e análise, bem como para consultar, recuperar, visualizar e imprimir o conteúdo

da base de dados georreferenciados.

A Figura 12, mostra de modo esquemático, as características principais do Sistema de

Informações Geográficas - SIG, identificando os principais dados de entrada e saída, através

das análises dos dados.

63

Figura 12 – Modelo representativo da aplicabilidade da tecnologia SIG

Fonte: adaptada de http://www.fatorgis.com.br

A tecnologia SIG tem sido usada por vários setores que tratam da questão ambiental

como importante ferramenta para o planejamento ambiental, pois a avaliação integrada de um

grande número de variáveis se torna possível e simplificada com o uso deste sistema; permite

a rápida geração de informações intermediárias e finais, além da inclusão de variáveis

anteriormente não pensadas, visto que possibilita novas interações a qualquer momento.

Para o melhoramento da gestão urbana no que tange o planejamento das atividades

antropogênicas dentro da bacia hidrográfica de interesse se faz necessária a utilização de

tecnologias computacionais que possibilitem a sistematização de grande quantidade de

informações de natureza distinta. Diante dessa complexidade de dados e informações, os

Sistema de Informações Geográficas (SIG) são instrumentos potenciais e eficazes na elaboração

de diagnósticos e cenários sobre o ambiente construído, que permitem, a partir de análises

espaciais, embasar propostas de intervenções eficazes para o gerenciamento dos passivos

ambientais. Dentre as vantagens de se adotarem abordagens automatizadas para tais processos,

destacam-se a confiabilidade e a reprodutibilidade dos resultados, que podem então ser

organizados e facilmente acessados sob a forma de bases de dados digitais (SAUNDERS,

1999).

http://www.fatorgis.com.br/

64

5. CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO

Interferências antropogênicas na Represa Mãe d´Água

Segundo Fujimoto (2001), a represa Mãe d´Água foi inaugurada em 1962 pelo

Departamento Nacional de Obras e Saneamento e toda água drenada pela bacia tem como

exutório a represa. O intuito da construção da barragem, visava suprir as necessidades do

Instituto de Pesquisas Hidráulicas (IPH) e as granjas experimentais da Faculdade de

Agronomia, ambos com sede na Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

No presente momento a área de estudo encontra-se predominantemente caracterizada

por uma ocupação residencial, dominando a população advinda de fontes difusas. Conforme os

estudos realizados por Poleto (2007), houve no passado uma importante indústria metalúrgica,

que atraiu migrantes pioneiros da Bacia do Lago Mãe d’água. A metalúrgica Heraud, segundo

Escobar (2014), teve como principal demanda o fornecimento dos componentes metálicos para

a travessia Getúlio Vargas (Ponto do Guaíba) e teve seu apogeu de produção entre os anos de

1956 - 1963. Tal fato histórico traz considerações relevantes no âmbito da geocronologia sobre

a concentração dos metais traço presente nos sedimentos de base, notando que Bonetto (2014)

data o decaimento da produção metalúrgica no final da década de 1970.

Fujimoto (2001), ao realizar um estudo pela METROPLAN (Fundação Estadual de

Planejamento Metropolitano e Regional), concluiu que por grande maioria, os resultados

apontam para problemas relacionados ao meio físico, levantados na Região Metropolitana de

Porto Alegre (RMPA), esses decorrentes do uso e ocupação do solo, evidenciando a ocupação

de áreas impróprias, sendo ausente o seu planejamento para o crescimento urbano e assim

submete-se a um risco em potencial ao ambiente.

No município de Porto Alegre, em meados da década de 70, houve um aumento no

desenvolvimento da malha viária urbana, estimulando a expansão do município e a interação

com as cidades da região. Tal fato favoreceu principalmente a cidade de Viamão (FUJIMOTO,

2001).

65

Com a expansão da região de Porto Alegre em 1970, houve um crescimento de polos

residenciais e industriais, sendo integrados com uma vasta malha viária, que proporcionou o

crescimento de eixos periféricos que contrariou os propósitos, pois a princípio fomentava o

desenvolvimento da área. Assim ficaram evidentes que nestes eixos estão atreladas

características como a falta de planejamento, infraestrutura para um crescimento sadio do

ecossistema ali presente.

Na Figura 13 é possível verificar a alta concentração da matéria orgânica presente no

lago do barramento devido a turbidez e cor e constatados nas análises dos sedimentos por

Fernandes e Poleto (2016), sendo perceptível a entrada dos esgotos, pois há a formação de

grande quantidade de “espumas” após o vertedor da barragem juntamente com a coloração

variável em tons de cinza e preto da água (influencia sazonal).

Figura 13 – Aspectos das águas no vertedor da barragem Mãe d’água

66

Caracterização da Área

O local escolhido para o estudo de caso, situa-se no estado do Rio Grande do Sul,

região metropolitana de Porto Alegre, mais precisamente no município de Viamão, as

coordenadas geográficas da barragem Mãe d’ Água encontram-se na Figura 14. A barragem

Mãe d`Água é um afluente do Arroio Dilúvio, importante curso d’água que se estende para o

município de Porto Alegre, cortando-o no sentido Leste-Oeste.

Figura 14 – Localização e representação do represamento em estudo na Região

Metropolitana de Porto Alegre- RS

67

A barragem Mãe d`Água é o exutório de quatro arroios, correspondendo a uma área

de 352 ha e se situa no Campus do Vale da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. A

Figura 15 representa a dimensão da bacia hidrográfica do barramento, caracterizando a

localização e a área de estudo.

Figura 15- Carta imagem da bacia hidrográfica e área de estudo, base na imagem

Quickbird do ano de 2003

Fonte: Cardoso e Poleto (2013)

A área encontra-se na porção sudeste do morro Santana como referência, apresenta

características morfológicas como granítico, de forma alongada, com sentido NE-SW. A

topografia local é suave com poucas elevações no terreno, o perfil do solo está diretamente

relacionado com a rocha subjacente em virtude das suas propriedades texturais e a declividade

das vertentes (ALVES, 2000). Através do levantamento de Reconhecimento de Solos do Rio

68

Grande do Sul realizado em 1973, a área é caracterizada por um solo do tipo Argissolo

Vermelho – Amarelo Distrófico (STRECK et al., 2002).

Ainda nesse contexto, há o predomínio de um clima subtropical, justificado, segundo

Livi (1999), por estar inserida na latitude 30°S e a 100 km do Oceano Atlântico é classificada

como clima subtropical úmido (Cfa). Segundo a classificação de Koppen e Geiger (1928), o

clima apresenta grande variabilidade ao longo do ano, com temperatura média para os meses

mais frios entre -3 ºC e 18 ºC e superior a 22 ºC no mês mais quente (Janeiro/ Fevereiro). A

precipitação é uniforme todo o ano, com totais superiores a 1200 mm conforme dados obtidos

por Zurita e Tolfo (2000).

Segundo os estudos realizados por Fujimoto (2001) e Fujimoto (2002), identificaram

que a represa Mãe d´Água foi inaugurada em 1962 pelo Departamento Nacional de Obras e

Saneamento e toda água drenada pela bacia tem como exutório a represa. A bacia hidrográfica

do reservatório Mãe d’Água encontra-se com grande parte de sua área de drenagem situada no

município de Viamão, o que lhe garante estar inserida no contexto de formação e

desenvolvimento urbano da Região Metropolitana de Porto Alegre.

Fujimoto (2002) publicou um estudo completo intitulado: “Alterações ambientais

urbanas na área da bacia hidrográfica da barragem Mãe D'Água: evolução da ocupação e do

uso da Terra” onde apresenta registros históricos advindos de moradores e técnicos envolvidos

na obra de construção do reservatório e fotografias da época, reconstruindo o panorama

ambiental anterior a construção da barragem, composta por matas ciliares preservadas, fauna

abundante e pequenas bacias de acumulação construídas pelos próprios moradores, notando

também que os primeiros loteamentos aprovados pelo poder municipal para a área da bacia

foram da década de 1950. A referida autora verificou ainda que a poluição desmatamentos e a

perda da biodiversidade do ecossistema local teve início por volta de 1964/65 e este fato, ao

passar dos anos, tornou-se cada vez mais agravante, como podemos verificar nos dias atuais os

níveis de poluição e/ou contaminação.

69

6. MATERIAL E MÉTODOS

Amostragem dos perfis sedimentares

Ao amostrar os perfis sedimentares de um lago, pode-se obter os registros históricos

relacionado às modificações de uso e ocupação do solo da área, e com essas informações

remeter a períodos ancestrais, nos quais não eram intensas as atividades antropogênicas até o

período mais recente, fornecendo, portanto, um panorama evolutivo dos processos de

degradação ambiental. Autores como: Appleby e Oldfield (1978), Noller, (2000), Mozeto

(2006), Damatto (2010), Cardoso (2011) e Fernandes e Poleto (2017) citam essa relevância e

realizaram estudos semelhantes a este aqui apresentado e executado. Seja sob os procedimentos

de amostragem ou mesmo sobre as análises laboratoriais utilizadas.

A coleta das amostras foi realizada no dia 09/06/2014. Os pontos da coleta dos

testemunhos foram planejados, buscando obter uma melhor distribuição espacial no lago e

respeitando a hidrodinâmica do local. Os testemunhos foram amostrados e seus dados foram

tabulados, como as coordenadas geográficas dos pontos, altura da lâmina d´água e o

comprimento do perfil sedimentar de acordo com a Tabela 1. A Figura 16 apresenta a

distribuição espacial dos testemunhos de coleta.

Tabela 1 – Informações dos testemunhos coletados

Amostra (Testemunho)

Coordenadas UTM (m) (Elipsóide WGS-84)

Lâmina d'água

(m)

Comprimento do testemunho (m)

X Y

T- 1 488716,3334 6672912,682 1,44 0,62

T- 2 488730,7589 6672942,861 0,40 1,66

T- 3 488718,1500 6672968,704 1,24 0,82

T- 4 488729,6452 6672984,722 1,48 0,58

T- 5 488700,2279 6672954,527 0,72 1,34

T- 6 488681,4642 6672977,900 0,44 1,62

T- 7 488647,9962 6672981,868 0,48 1,58

T- 8 488633,5455 6672976,312 1,00 1,06

70

Figura 16 – Distribuição espacial dos pontos amostrados no lago (Vista Geral dos pontos

amostrados)

Fonte: Google Earth (2014)

A técnica empregada foi do amostrador de núcleo “Core Sampling”, descritas

conforme os autores: Mozeto (2006), Damatto (2010) e Cardoso (2011) e expressa pelas Figuras

17 e 18. A técnica consiste em um conjunto de peças destacáveis, consistindo na introdução de

um tubo cilíndrico de 75 milímetros de diâmetro rígido de PVC no sedimento de fundo, (Este

estabelecido devido ao volume de amostras), assim, conforme o tubo é cravado no leito do

corpo d´água, começa uma série de impactos no tubo, produzindo a perfuração e coleta do

sedimento por meio de força manual, repetidas vezes, até que encontre uma barreira

suficientemente sólida e que impeça a continuidade da penetração, objetivando a conformidade

da amostra. A extremidade do tubo possui uma borda cortante, servindo para adentrar no

sedimento e um retentor, o qual tem como função permitir a entrada da amostra e impedir sua

saída.

1 2

3

4 5

6

7

8

71

Figura 17- Ilustração da amostragem de sedimentos de fundo pela técnica “Core

Sampling”

Figura 18– Extração dos testemunhos no lago da barragem Mãe d’água

Para a coleta foi utilizada uma embarcação, que forneceu a devida segurança para o

desenvolvimento desse tipo de atividade, garantindo a estabilidade necessária da tripulação e

retirada dos testemunhos (Figura 18). A Figura 19 apresenta os oito testemunhos coletados que

72

posteriormente foram encaminhados para abertura, divisão em sub amostras, acondicionadas

em potes estéreis de PVC e por destino final aos laboratórios para as análises de granulometria,

metais e geocronologia.

Figura 19 – Testemunhos coletados e prontos para seguir ao laboratório

Processamento das amostras

O processamento das amostras teve início após a coleta, onde os testemunhos

coletados foram transportados até o laboratório de análises de solo, sendo abertos na mesa

esterilizada e com o ferramental desenvolvido para a excelência da abertura do tubo que

preservara a amostra até o momento, conforme a metodologia preconizada por Cardoso e Poleto

(2013), e as Figuras 20 e 21.

As amostras foram fatiadas com espessura de 2 centímetros, (Padrão estabelecido pelo

laboratório do IPEN-USP, objetivando intervalos de 6 centímetros, sendo próximos entre as

camadas sedimentares), gerando uma grande quantidade de sub-amostras (Figura 22).

73

Figura 20 – Abertura do tubo de 75mm de diâmetro que preserva as amostras coletadas

(Testemunho 4)

74

Figura 21 – Testemunho 4, aberto após a coleta na mesa de abertura esterilizada

Para as análises dos metais, geocronologia e granulometria, foram selecionadas as sub-

amostras fatiadas com espessura de 2 cm, sendo presente um intervalo de 6 cm entre uma sub-

amostra e outra, (Padrão estabelecido pelo laboratório do IPEN-USP, objetivando intervalos

próximos entre uma sub amostra e outra extraídas das camadas sedimentares). Após a sub-

amostragem, foram devidamente embaladas em postes esterilizados de material PVC e

congelados conforme as Figuras 22 e 23.

75

Figura 22- Testemunhos 2, 3, 5 e 6 fatiados a cada 2 centímetros

76

Figura 23-Armazenamento das sub-amostras em recipientes estéreis de PVC

Nas sub-amostras que foram destinadas à investigação do enriquecimento por metais,

evitou-se o contato com qualquer material metálico. Assim, as amostras foram embaladas em

recipientes estéreis de material de PVC e acondicionadas para posteriores análises físicas e

químicas.

Amostragem batimétrica dentro do reservatório Mãe d’Água

A batimetria do reservatório foi realizada em parceria com o corpo técnico do

laboratório do Centro de Estudos de Geologia Costeira e Oceânica (CECO) situado no campus

da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). Para sua realização, foi utilizado um

Ecobatímetro, trabalhando em conjunto com um GPS, ambos conectados em um computador,

para a obtenção e processamento dos dados, juntamente com a adição de rádios comunicadores

portáteis e do serviço de 5 pessoas para otimizar o processo de amostragem, além da utilização

de umas das embarcações do Instituto de Pesquisas Hidráulicas.

77

O sistema do ecobatímetro monofeixe acoplado na embarcação (Figura 24) emite

pulsos verticalmente para baixo a uma largura de feixe e taxa constante. Os ecobatímetros de

monofeixe possibilitam uma precisão a nível submétrico em águas rasas (KRUEGER, 2005).

Os sistemas batimétricos com ecobatímetros monofeixe efetuam um único registro de

profundidade a cada pulso acústico emitindo pulsos de forma contínua, resultando em linhas ou

seções batimétricas levantadas no percurso da navegação pré-estabelecido. Sua principal

vantagem são menores custos e menor tempo de processamento. Sua precisão está associada

com os equipamentos auxiliares acoplados ao sistema, podendo-se chegar a níveis

subdecimétricos, ou seja, alta precisão na amostragem.

Figura 24- Utilização do Ecobatímetro monofeixe e GPS para amostragem

Os ecobatímetros monofeixe medem a lâmina d´água logo abaixo da embarcação.

Desta forma, a fonte acústica emite um sinal na posição vertical ao longo da linha de

investigação que retorna ao equipamento, e através do tempo de retorno, gera um perfil

batimétrico sobre a sessão da área de estudo. Para tanto, faz-se necessário a determinação dos

espaçamentos entre as sessões em que a embarcação irá percorrer sobre as águas do

reservatório.

78

A determinação do traçado do percurso para se estabelecer as sessões pode ser

observado através da Figura 25. Os percursos em que a embarcação prosseguiu foram

estabelecidos a partir de observações das condições atuais do reservatório e assim, para que a

embarcação percorresse sobre as “linhas” denominadas de sessões. Desta forma, foi

determinado os espaçamentos das estacas entre as sessões de 10,00 em 10,00 metros para o

reservatório devido ao perímetro e área atuais (Figura 25).

Figura 25- Traçado ou percurso realizado pela embarcação para amostragem

ecobatimétrica sobre o reservatório

Após o processamento dos dados coletados em campo, obtêve-se as coordenadas, as

profundidades e o nível d’água na unidade de metros. Para o georreferenciamento e registro da

base cartográfica proveniente da amostragem em campo, adotou-se como pontos de controle o

cruzamento de quadrículas UTM através da carta do IBGE em escala 1:50000. Seguiu-se os

estudos, transformando as profundidades em cotas. Isto foi feito através da observação das

cartas do IBGE, dados de projeto do reservatório disponibilizados na biblioteca do IPH-UFRGS

79

e por Fujimoto (2002). Para gerar as curvas de nível, utilizou-se o suporte dos softwares de

geoprocessamento dos dados como o, AutoCad 2018, ArcGis 10.5, Surfer 11, Google Earth e

Microsoft Office Excel 2014.

Cálculo do volume de reservação e assoreamento no reservatório

Para a execução das análises referentes aos cálculos dos volumes, foi observando as

condições iniciais do reservatório sobre o ano de 1962, data da construção do reservatório e

posteriormente o dimensionamento do volume de sedimentos assoreados até o ano de 2014,

seguimos primeiramente com o planejamento e com as saídas de campo realizadas em 2014,

2015, 2016 e 2017, sendo realizadas 4 amostragens para conseguir o levantamento topo-

batimétrico do reservatório e obtenção dos dados para as referidas análises.

Posteriormente realizamos a escolha dos equipamentos disponíveis no laboratório do

Instituto de Pesquisas Hidráulicas e consequentemente uma visita técnica para a elaboração de

um pré-projeto de amostragem, com o intuito de garantir e otimizar as coletas e saídas a campos.

Houve uma busca das referências bibliográficas sobre o histórico e construção do reservatório

Mãe d’Água na biblioteca da Geociências e do IPH, departamentos localizados dentro da

Universidade Federal do Rio Grande do Sul e que possuem dados inerentes ao assunto em

questão.

Aplicação da metodologia para a modelagem computacional no reservatório Mãe

D’Água inferindo sobre o volume útil de projeto em 1962, volume útil em 2014 e o volume de

assoreamento, foi desenvolvida com o auxílio de softwares: AutoCad 2018, AutoCad Civil 3D

2018 e Google Earth, que são especializados no campo do geoprocessamento e diretrizes para

os cálculos que utilizam como base os dados referentes ao levantamento e processamento dos

dados de campo. As amostragens batimétrica e dos perfis de sedimentos coletados, realização

do levantamento de materiais bibliográficos juntados em pesquisas técnicas dentro da biblioteca

da Geociências e do Instituto de Pesquisas Hidráulicas ambos localizados na universidade

Federal do Rio Grande do Sul forneceram subsídios para a modelagem computacional do

reservatório.

80

Após a compilação dos dados de campo e das pesquisas bibliográficas, foi realizado

uma análise estabelecendo uma retrospectiva, por anos, através das fotogrametrias aéreas e

imagens de satélites fornecidas por Cardoso e Poleto (2013) e imagens extraídas do Google

Earth visando recuperar o perímetro do reservatório no ano de sua construção, em 1962. Os

dados gerados nesta etapa foram exportados para o software AutoCad Civil 3D 2018.

O emprego do software AutoCad Civil 3D 2018 forneceu o subsidio para projetar e

calcular as áreas e volumes do reservatório Mãe d’Água. Este software apresenta diversas

funcionalidades para o projetista, colocamos em evidência sua aplicabilidade relacionada para

o agrupamento e obtenção dos dados sobre o cálculo em reservatórios, extraindo resultados

sobre a Cota; Área; Volume, fundamentais para a pesquisa. Foram geradas isóbatas ou curvas

de nível espaçadas de 0,50 em 0,50 metro para cálculo do volume útil em 1962 e 2014. Para

este espaçamento, entre as isóbatas visando o cálculo do volume assoreado, seguimos aos

procedimentos referentes ao fatiamento dos perfis sedimentares encaminhados aos laboratórios,

(adotamos o espaçamento entre as isóbatas de 8 em 8 cm para o interior do reservatório), com

o objetivo de correlacionar com as demais análises e estabelecer parâmetros comparativos com

a evolução da urbanização da bacia hidrográfica.

Nesse mesmo software, foi projetada e calculada a área referente a cada uma das

isóbatas, a partir da cota mínima até a cota relacionada como nível normal que compõe o

reservatório. Este dimensionou o volume útil em 1962 e 2014 e também o volume assoreado

dentro do reservatório, através da metodologia instaurada por seus desenvolvedores, sendo ela

a aproximação cônica. Os dados da cota, área e volume foram inseridos em planilhas e serão

apresentados no item resultados.

O método de cálculo para a aproximação cônica oriunda do software AutoCad Civil

3D 2018, calcula o volume entre duas seções transversais através das áreas, que são adicionadas

com a raiz quadrada de seu produto e sendo multiplicado pelo terço da distância entre as áreas

para determinar o volume, conforme expresso pela Equação 4. Para o volume total corresponde

ao somatório de todos os volumes parciais.

81

O método de Aproximação cônica é expresso pela seguinte Equação 4:

𝑽𝑽 = �𝒉𝒉𝟑𝟑� × �𝑨𝑨𝟏𝟏 + 𝑨𝑨𝟐𝟐 + �𝑨𝑨𝟏𝟏 × 𝑨𝑨𝟐𝟐� Equação 4

Onde:

V – Volume entre duas isóbatas consecutivas;

h – Diferença de cota entre as curvas de nível;

A1 – área compreendida pela isóbata;

A2 – área compreendida pela isóbata.

Visando observar a metodologia que melhor se adapta a realidade local e com menor

erro associado aos cálculos dos volumes optamos por aplicar, também, outro método de cálculo,

sendo o cálculo do volume pela área média ou do inglês Average and Area, metodologia muito

usual e descritas por autores como, Borland e Miller (1968); Kalff (2001); Barbosa et al. (2006)

e Albertin et al. (2010), com o intuito de comparar e utilizar a melhor representação dos dados

para os resultados, além de fornecer subsídios a estudos posteriores, com parâmetros sólidos

para desenvolvimento de pesquisas correlatas.

Conceitualmente para a estimativa do volume de um reservatório a abordagem sugere

que inicialmente sejam geradas as isóbatas para consequentemente obter os valores da área de

cada uma delas e seguir aplicando a metodologia para estimar os volumes de interesse entre

duas isóbatas consecutivas. A partir do dimensionamento das áreas das isóbatas obtidas, através

do modelo projetado pelo software AutoCad Civil 3D 2018, foram gerados os dados para

aplicação na formulação matemática corresponde ao método área média e obtermos os valores

referentes as curvas cota-área-volume. A Figura 26 demonstra como decorre a proposta da

metodologia área média.

82

Figura 26- Modelo Representativo; Cota e área para cálculo do volume em

Reservatórios

Fonte: adaptada de Albertin et al. (2010)

O método de área média é expresso pela seguinte Equação 5:

𝑽𝑽 = �𝑨𝑨𝟏𝟏+ 𝑨𝑨𝟐𝟐𝟐𝟐

� × (𝑪𝑪𝟐𝟐 − 𝑪𝑪𝟏𝟏) Equação 5

Onde:

V – Volume entre duas isóbatas consecutivas;



C1 – valor da Cota para a isóbata C1;

C2 – valor da Cota para a isóbata C2.

O volume do reservatório, conforme ilustrado na Figura 26 pode ser compreendido

pelo somatório de todos os volumes entre isóbatas.

83

Análise cronológica por 210Pb

Abertura e digestão das amostras de sedimentos

O método de digestão total EPA-3052 foi selecionado para abertura dos sedimentos,

conforme a metodologia e procedimentos usuais e preconizado por Mora (2015) e Mello (2016),

considerado adequado para aplicações que requerem digestão total de amostras. Esse protocolo

da Environment Protection Agency (USEPA) é aplicável para digestão assistida em microondas

de matrizes sedimentares com digestão ácida em tubos pressurizados. A combinação ácida

utilizada foi na proporção 3:1:1 de ácido nítrico (HNO3), ácido fluorídrico (HF) e ácido

clorídrico (HCl). Essa combinação é adequada para estabilização de altas concentrações de

Ferro (Fe), Alumínio (Al), Prata (Ag), Bário (Ba) e Estrôncio (Sr) nas amostras solubilizadas.

Os ácidos utilizados na análise são concentrados de elevada pureza, afim de minimizar

interferência nas amostras, e a utilização de peróxido de hidrogênio (H2O2) (30%) auxiliou na

eliminação da matéria orgânica (EPA-3052).

O ácido nítrico (HNO3) concentrado possui alta corrosão quando em contato com

materiais sedimentares, reagindo com carbonatos, metais alcalinos e óxidos básicos formando

sais. Por não liberar hidrogênio (este sendo um doador de prótons) é classificado como solução

de forte corrosão. Devido à presença de óxido nitroso, reage ainda mais vigorosamente com

outras substâncias. O HNO3 é utilizado na digestão de amostras orgânicas, dissolução de metais

e materiais biológicos (KINGSTON e JASSIE, 1988; KRUG, 2000).

O ácido fluorídrico é um ácido fraco que ataca facilmente materiais como silicato. O

ácido clorídrico (HCl) reage com a maioria dos cátions metálicos de transição, podendo formar

complexos fortes ou mais fracos. Não possui propriedade oxidante, mas quando misturado com

HNO3 (água régia), pode-se empregar na dissolução de materiais (KINGSTON e JASSIE, 1988;

KRUG, 2000).

A solução ácida conforme a EPA-3052 permite solubilizar os elementos químicos que

estejam associados às diversas frações geoquímicas, que incluem as frações adsorvidas,

oxidáveis, trocáveis, reduzidas e residuais (fração associada à estrutura cristalina dos minerais),

(FISZMAN, PFEIFFER e LACERDA, 1984; SASTRE et al., 2002).

84

A medição dos radionuclídeos 226Ra e 210Pb foram utilizados para determinar as datas

e taxas de sedimentação. Estes radionuclídeos foram determinados em cada fatia do testemunho

sedimentar. Para determinação radionuclídeos, utilizou-se 1,00 g das amostras, em duplicata,

foram dissolvidos em mineral ácidos, HNO3conc. e HF 40%, e H2O2 30%, em um digestor de

micro-ondas e submetido ao procedimento de radioquímica, onde Ra e Pb são precipitados

como Ba (226Ra) SO4 e 210PbCrO4 respectivamente.

As concentrações foram determinadas por contagem de alfa total para 226Ra e 210Pb

através do seu produto de degradação, 210Bi, através da medição da atividade beta total. Os

rendimentos químicos foram determinados por análise gravimétrica. Ambos os radionuclídeos

foram determinados em detector proporcional de fluxo gasoso de baixa radiação de fundo

(MOREIRA et al., 2003). As datas foram calculadas pelo modelo CRS (IVANOVICH e

HARMON, 1992; NOLLER, 2000).

Determinação da idade do sedimento empregando o método C.R.S. (Constant

Rate of Supply)

A formulação matemática utiliza uma integração dos valores das atividades das

camadas dos sedimentos, onde deve ser levada em consideração a profundidade da amostra do

sedimento extraído e a profundidade onde a atividade se torna desprezível (ALLEN et al., 1993;

MCDONALD e URBAN, 2007; TURNER e DELORME, 1996). Dessa forma, determina-se

através da Equação 1.

Bz = B∞ . e−λ.t Equação 1

Em que:

Bz é a atividade integrada de 210Pb “não produzido” desde a base da coluna

sedimentar até à profundidade z;

B∞ representa a atividade integrada em toda a coluna de sedimentos.

𝜆𝜆: Constante de decaimento radioativo do 210Pb (0,0311 ano-1).

85

A idade do sedimento a uma profundidade z é, então, dada pela Equação 2.

t =(1/ λ ). ln[B∞ / Bz ] Equação 2

Em que:

t: É a idade da amostra do sedimento;

𝜆𝜆: Constante de decaimento radioativo do 210Pb (0,0311 ano-1);

B∞: representa a atividade integrada em toda a coluna de sedimentos;

Bz: é a atividade integrada de 210Pb “não produzido” desde a base da coluna

sedimentar até à profundidade z.

Determinação da taxa de urbanização da bacia hidrográfica Mãe d’Água

Para avaliação da evolução da urbanização na área de estudo, foram utilizadas

fotografias aéreas e imagens de satélite conforme a metodologia preconizada por Cardoso e

Poleto (2013) atuantes na mesma bacia hidrográfica e reservatório em estudo.

Para obter as taxas de urbanização referentes aos anos de 1972 e 1991 os autores

utilizaram as fotogrametrias das aéreas oriundas e disponibilizadas através dos órgãos de

planejamento e gestão da Região Metropolitana de Porto Alegre.

Com o objetivo de avaliar o período de urbanização da área sobre o ano de 2003,

utilizaram uma imagem do satélite Quickbird, com resolução espacial de 0,60 m, permitindo o

monitoramento da evolução de atividades antropogênicas que exigem alta precisão, como o

mapeamento urbano.

Para o ano de 2008, foi utilizado uma imagem do satélite sino-brasileiro CBERS,

sensor HRC. A delimitação da microbacia foi feita no software Idrisi Taiga® a partir de um

modelo de elevação digital (DEM) baseado nas isolinhas de 20 metros do mapa do Exército

Brasileiro em uma escala de 1: 50.000 (Porto Alegre, MI 2987/2).

Por fim, para concluir o estudo de desenvolvimento urbanístico relacionados aos

períodos de estudos, utilizamos o ano de 2014, data da coleta dos testemunhos sedimentares,

86

sendo empregada em análise a imagem de satélite extraída do Google Earth, software

consolidado e muito utilizados em estudos ambientais, permitindo caracterizar a evolução da

bacia hidrográfica relacionada à taxa de urbanização dos processos antropogênicos.

Sobre a evolução urbana do uso do solo, foram utilizadas duas categorias de

classificação: uso antrópico e uso natural. Comparando os anos de estudo com as mudanças na

bacia hidrográfica, sendo que o efeito antropogênico pode ser de fácil observação no que tange

a urbanização, por exemplo: Construção civil, impermeabilização do solo, redução de áreas

verdes, criação/substituição/aumento de pastos ou gramados ocasionando o desmatamento,

entre outros.

Análise Granulométrica

As amostras foram enviadas para o laboratório do Centro de Estudos de Geologia

Costeira e Oceânica (CECO) situado no campus da Universidade Federal do Rio Grande do Sul

(UFRGS) onde ocorreu a determinação das frações granulométricas (FERNANDES e POLETO

2017a).

A análise granulométrica foi realizada seguindo-se a NBR 7181 da ABNT (1984). A

determinação da fração granulométrica dos sedimentos finos (partículas com diâmetros

inferiores a 0,075 mm), foi realizada através do método da Pipeta, sedimentação, através da

velocidade de queda das partículas das amostras em um meio líquido, sendo que para isso

tomou-se como base a lei de Stokes, que correlaciona a velocidade de queda das partículas com

o seu diâmetro. Através frações granulométricas obtidas foram classificados individualmente

de acordo com a profundidade de cada sub-amostra, sendo expressos os resultados em escalas

de tamanho.

No segundo momento, procederam a metodologia visando as sub-amostras de

sedimento mais finas, (Silte e Argila) para obtenção da concentração dos metais zinco e níquel,

para tanto, utilizaram uma peneira de PVC e náilon com malha de 63 μm, e a fração mais

grosseira destas amostras foi dispensada, visto que a determinação dos metais consta na fração

silte/argila (<63 μm) como recomentado pela Organização Mundial da Saúde (WHO 1982;

HOROWITZ, 1991; POLETO e TEIXEIRA, 2006).

87

Esta metodologia consta no artigo intitulado “PARTICLE SIZE

CHARACTERIZATION AS A SUPPORT FOR SEDIMENT CONTAMINATION ANALYSIS”

publicado por Fernandes e Poleto na revista Management of Environmental Quality, v. 28, p.

462-476, 2017.

Determinação dos metais em sedimentos

Segundo Fernandes e Poleto (2016), foram encaminhados ao Laboratório de Solos da

Faculdade de Agronomia da UFRGS para avaliação da concentração total dos metais zinco e

níquel. Para o controle e garantia das análises os autores realizaram os procedimentos das

digestões ácidas adicionando uma duplicata “1 branco” (amostra branca é feita utilizando os

mesmos reagentes e procedimentos, mas sem a adição da amostra de sedimentos) para o

controle de qualidade das análises (POLETO e GONÇALVES, 2006). Além disso, foram

utilizados dois materiais de referência, cujas concentrações são conhecidas, adquiridos junto à

USGS (U.S. Geological Survey): SGR-1b e SCO-1.

A metodologia descrita nos estudos de Fernandes e Poleto (2016) e Fernandes e Poleto

(2017b) foi a digestão ácida, empregada conforme a EPA 3050, que é direcionada a análise de

concentração de elementos inorgânicos em sedimentos, lodos e solos, e foi desenvolvida e

adotada pela U.S. Environment Protection Agency. Esta metodologia envolve fortes digestões

ácidas das amostras, dissolvendo quase todos os elementos que podem se tornar biodisponíveis.

Por isto, elementos ligados em estruturas de silicatos normalmente não são dissolvidos por esse

procedimento, já que normalmente estes não são móveis no ambiente (EPA, 1996).

Na etapa final do método foi realizada a leitura dos extratos das amostras resultantes

das extrações no equipamento de espectroscopia de emissão indutiva de plasma acoplado (ICP-

OES), marca Perkin Elmer, no Laboratório de Solos da UFRGS, conforme publicado nos

artigos intitulados “GEOCHEMICAL ENRICHMENT OF METALS IN SEDIMENTS AND

THEIR RELATION WITH THE ORGANIC CARBON” publicado por Fernandes e Poleto no

Journal International Journal of River Basin Management, v. 15, p. 69-77, 2016 e

“CONCENTRATIONS AND ENRICHMENT OF METALS IN SEDIMENT CORES:

88

GEOCHEMISTRY AND CORRELATIONS WITH GEOACCUMULATION INDEX” publicado

por Fernandes e Poleto na revista Acta Scientiarum-Technology v. 39, p. 349-356, 2017.

Controle de qualidade referente as amostras dos metais (Zn e Ni)

A determinação dos níveis de metais em dois materiais de referência padrões (MRP)

do laboratório de solos da USGS com as amostras de referências Green River Shale (SGR-1b)

e Cody Shale (SCo-1) da USGS, foi realizada por Fernandes e Poleto (2016) e Fernandes e

Poleto (2017b) com o intuito de se garantir o controle da qualidade das análises (Tabela 2).

É possível verificar que os valores apresentados na Tabela 2 apresentam os valores

sobre a média e seus valores estão dentro do desvio padrão de cada amostra certificada (SGR-

1b e SCo-1), onde demonstra que a metodologia apresentou bom desenvolvimento ao emprego

da digestão ácida e leitura das concentrações dos metais zinco e níquel e que apresenta

resultados confiáveis.

Tabela 2 – Controle de qualidade para as concentrações de Zn e Ni

Elemento Amostra certificada Determinado neste estudo por ICP-OES

Média ± DP Média Green River Shale (SGR-1b) Ni (mg kg-1) 29± 5 27 Zn (mg kg-1) 74 ± 9 77 Cody Shale (SCo-1) Ni (mg kg-1) 27 ± 4 24 Zn (mg kg-1) 103 ± 8 110

DP = Devisor padrão. Fonte: Fernandes e Poleto (2016); Fernandes e Poleto (2017b)

89

Valores de background para metais observados

Fernandes e Poleto (2017b) realizaram análises sobre os valores de background para a

área de estudo, com o objetivo de garantir e validar os resultados identificando os níveis de base

desses metais na área. Essas amostras, denominadas background, possibilitam inferir sobre o

enriquecimento de sedimentos por poluentes a partir da determinação de seus níveis naturais.

Os valores de background, utilizados nessa pesquisa, foram baseados no trabalho de

Poleto e Martinez (2008). Os Autores obtiveram uma concentração média representativa das

concentrações naturais dos metais analisados na área de estudo através de três amostras

compostas (cada amostra era resultante de outras três sub-amostras da camada superior do solo).

As coletas foram realizadas na região de cabeceira da bacia do Lago Mãe d’Água, no alto do

Morro Santana, em áreas de mata que não apresentavam alterações antrópicas. Os valores

obtidos para os metais Zinco e Níquel são apresentados na Tabela 3.

Tabela 3 - Valores de base dos metais-traço analisados

Metal-traço Valores de background (mg.kg-1)

Níquel 4,9

Zinco 47,4

Fonte: Poleto e Martinez (2008)

Conforme publicado nos artigos intitulados “GEOCHEMICAL ENRICHMENT OF

METALS IN SEDIMENTS AND THEIR RELATION WITH THE ORGANIC CARBON”

publicado por Fernandes e Poleto no Journal International Journal of River Basin

Management, v. 15, p. 69-77, 2016 e “CONCENTRATIONS AND ENRICHMENT OF METALS

IN SEDIMENT CORES: GEOCHEMISTRY AND CORRELATIONS WITH

GEOACCUMULATION INDEX” publicado por Fernandes e Poleto na revista Acta

Scientiarum-Technology v. 39, p. 349-356, 2017.

90

7. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Concentração granulométrica amostrada em Core’s no reservatório Mãe d’água

Um dos principais fatores que controlam os processos de adsorção de metais em

sedimentos é o seu tamanho de partícula (SIMPSON et al., 2000). A área superficial específica

(ASE) das diferentes frações de sedimentos varia em ordens de grandeza, alterando assim os

números de sítios de adsorção dos contaminantes. A Tabela 4 apresenta as porcentagens das

frações granulométricas areia, silte e argila dos diferentes testemunhos de sedimentos.

Podemos verificar a variação entre o tamanho das partículas em todos os testemunhos,

com exceção de T4 que se faz mais homogêneo e caracterizando por predominância de franco-

siltoso. Os testemunhos T1, T6 e T8 apresentam uma caracterização das partículas desde

franco-siltosa partindo do fundo do testemunho, está próximo a camada colmatada rígida, até

muito argilosa na superfície do sedimento.

Fornecendo uma análise mais detalhada sobre os resultados granulométricos do

barramento Mãe d’Água, percebemos uma grande dispersão do tamanho de partículas em todos

os testemunhos, com exceção de T4. Os testemunhos T1, T6 e T8 apresentam uma variação de

partículas desde franco-siltosa próximo à camada colmatada até muito argilosa na superfície do

sedimento onde está próximo ao contato com a água. Já o testemunho 4 apresenta uma textura

franco-siltosa em todo seu perfil. Como partículas finas são aquelas que geralmente possuem

maior ASE e sítios de adsorção e consequentemente os maiores teores de metais, maiores

concentrações de Ni e Zn são esperadas nesses pontos do reservatório.

91

Tabela 4- Classificação granulométrica (%) em diferentes profundidades (cm) dos testemunhos amostrados

Classificação Granulométrica (%)

PROFUNDIDADE (Centímetros)

T1 T4 T6 T8

AREIA SILTE ARGILA AREIA SILTE ARGILA AREIA SILTE ARGILA AREIA SILTE ARGILA

0 0,18 44,84 54,98 5,18 74,07 20,75 43,86 41,65 14,49 4,08 40,56 55,37 8 1,25 37,95 60,80 0,22 77,09 22,68 38,24 46,80 14,97 1,18 42,02 56,80 16 0,32 51,22 48,45 8,84 69,87 21,29 32,61 42,88 24,51 0,34 44,55 55,12 24 0,50 58,02 41,48 9,69 73,39 16,92 0,04 31,36 68,60 0,57 33,77 65,66 32 0,50 67,42 32,08 8,23 72,34 19,43 0,07 18,17 81,77 0,87 39,34 59,80 40 1,01 55,88 43,10 3,74 71,34 24,92 0,06 53,99 45,95 1,05 54,46 44,49 48 0,64 70,11 29,24 31,76 55,01 13,22 0,01 30,07 69,92 0,65 63,09 36,26 56 1,12 79,63 19,25 33,14 56,44 10,42 0,01 38,86 61,13 0,38 55,08 44,54 64 0,01 44,48 55,51 0,01 49,31 50,68 72 0,77 56,13 43,10 0,08 57,10 42,83 80 0,18 49,57 50,25 0,83 66,49 32,68 88 0,00 43,21 56,79 6,72 62,19 31,09 96 0,02 48,84 51,13 8,53 70,15 21,31 106 0,08 55,88 44,04 5,88 79,38 14,75 114 2,39 60,26 37,35 122 0,43 67,97 31,59 130 0,86 69,50 29,64 138 0,58 65,85 33,58 146 7,62 67,18 25,21

92

Concentrações total de zinco nos testemunhos de sedimentos

Os resultados referentes aos teores das concentrações totais para o metal zinco foram

extraídos das pesquisas recentemente publicadas por Fernandes e Poleto (2016) e Fernandes e

Poleto (2017b).

Segundo Alloway (2010), os teores totais de metais incluem todas as formas de

determinado elemento no sedimento, seja ele na forma de íons ligados à estrutura cristalina de

minerais primários e secundários; adsorvidos na superfície de minerais secundários como

argilominerais, óxidos e carbonatos; complexados pelo estado sólido da matéria orgânica; ou

na forma de íons livres na coluna d’água. Nas áreas urbanas, as partículas de poeira dispostas

nas vias de tráfego entram em contato com os resíduos do desgaste e emissões dos veículos,

que é uma das mais importantes fontes de metais-traço (SEZGIN et al., 2003), especialmente

do Zn2+.

Na Tabela 5 estão os dados tabulados referentes as variações dos valores das

concentrações de Zn. Diante dos resultados podemos observar o enriquecimento dos

sedimentos por este metal mediante as deposições das camadas formadas em diferentes

períodos. O testemunho T1 nas primeiras camadas próximas a superfície apresentou-se como o

mais poluído, com 597 mg.kg-1, em contrapartida o testemunho T6, apresentou a menor

concentração no extrato em sua base (25 mg.kg-1). Na análise de dados médios, T6 também

aparece como o ponto de deposição em que os sedimentos apresentam menor associação ao

metal-traço Zn e, T8, a maior. Os resultados em T1 apresenta valores de concentração em sua

superfície que levam ao aumento da média a tendenciado devido a estes valores extremos.

É possível verificar que os valores apresentados na Tabela 5 apresentam bom

desenvolvimento quanto a metodologia adotada sobre as concentrações dos metais e apresenta

resultados confiáveis para a discussão e permitindo que haja correlações com os demais estudos

aplicados nessa pesquisa.

93

Tabela 5 - Concentração de Zn (mg.kg-1) nos sedimentos acumulados no Lago

Mãe d'Água

Zn (mg.kg-1) PROFUNDIDADE

(cm) T1 T4 T6 T8

2 597 103 300 417 10 317 157 231 418 18 198 243 214 287 26 184 251 293 307 34 174 203 230 225 42 162 215 202 230 50 149 205 193 219 58 118 225 176 186 66 154 179 74 180 175 82 153 171 90 176 133 98 109 133 106 124 113 114 124 122 97 130 39 138 34 146 25

Média 237 200 161 228 Desvio Padrão 156,67 48,69 78,84 97,32 Mínimo 118 103 25 113 Máximo 597 251 300 418

Fonte: Fernandes e Poleto (2017b)

A Figura 27 apresenta a distribuição vertical graficamente dos teores de zinco expressa

em mg.kg-1 nos testemunhos sedimentares T1, T4, T6 e T8, respectivamente depositados no

lago do barramento Mãe d’Água. Podemos observar através do estudo realizados pelos autores

Fernandes e Poleto (2016) e Fernandes e Poleto (2017b) que todos os testemunhos apresentaram

valores acima do background local (47,4 mg.kg-1), sendo que as ações antrópicas dentro da

bacia hidrográfica podem explicar o aumento e/ou enriquecimento das concentrações de Zn nos

sedimentos analisados.

94

Figura 27 – Distribuição dos teores de zinco em profundidade nos diferentes

testemunhos de sedimentos do barramento Mãe d’Água


Fernandes e Poleto (2016) identificaram que o testemunho sedimentar denominado

por T4 apresentou uma exceção sobre os valores de enriquecimento, pois houve uma redução

nos valores determinados para o metal zinco à medida que se aproxima a sua superfície. Tal

fato pode ser justificado devido ao seu posicionamento dentro de reservatório, isto é, o

testemunho sedimentar T4 está localizado em uma área sobre entrada do afluente que abastece

o reservatório onde ocorre as maiores velocidades de escoamento, influenciando sobre o fluxo

de sedimentos ali depositados. Podemos verificar e relacionar com as análises granulométricas

de T4 que descreve a grande quantidade de materiais grosseiros, visto que a determinação dos

teores de metais é realizada apenas na fração fina do mesmo (<63 µm).

2

10

18

26

34

42

50

58

66

74

82

90

98

106

114

122

130

138

146

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600Pr

ofun

dida

de (c

m)

Zn (mg.kg-1)

T1 T4 T6 T8 Background

95

Para todos os perfis sedimentares coletados e analisados neste estudo verificamos que

apresentaram enriquecimento pelo metal Zn ao longo do processo de deposição sedimentar. De

acordo com Alloway (2010), Zn é um elemento bastante notável por estar presente em

quantidade relativamente elevadas quando comparado a outros metais, tais como cobre (Cu),

chumbo (Pb) e níquel (Ni).

Concentrações totais de níquel nos testemunhos de sedimentos

Os resultados referentes aos teores das concentrações totais para o metal níquel foram

extraídos das pesquisas recentemente publicadas por Fernandes e Poleto (2016) e Fernandes e

Poleto (2017b) como subsídio para suporte fundamental as análises decorrentes nesta pesquisa.

Segundo Alloway (2010), elemento níquel é naturalmente encontrado em todos os

tipos de rochas e está presente em toda a pedosfera variando desde quantidades traço até

concentrações relativamente altas, quando comparado a outros elementos traço. Grande parte

das fontes de Ni ocorrem através de emissões industriais e particulados oriundos da combustão

de carvoarias e petróleo. A aplicação de dejetos e fertilizantes fosfatados também pode ser uma

importante fonte de Ni em solos agrícolas. Ainda, segundo Alloway (2010), os teores de níquel

na pedosfera são amplamente variáveis (0,2 a 450 mg kg-1), com média global de 22 mg kg-1.

Os dados obtidos nos estudos de Fernandes e Poleto (2016), foram tabulados referentes

às variações das concentrações de Ni e estão apresentados na Tabela 6. O testemunho T1 nas

primeiras camadas próximas à superfície apresentou-se como o mais contaminado pelo metal

em questão, apresentado concentração correspondente a 17 mg.kg-1, em contrapartida o

testemunho 4 apresentou a maior concentração em sua base com 12 mg.kg-1, conforme ocorre

nas análises do metal zinco e se aplica as mesmas justificativas para tal decorrência e evolução.

Na análise de dados médios, T6 se apresenta como o testemunho de deposição em que os

sedimentos apresentam menor associação ao metal Ni, enquanto, comparado com o

comportamento dos testemunhos, T1, T4 e T8, que apresentam a maior associação.

96

Tabela 6 - Concentração de Ni (mg.kg-1) nos sedimentos acumulados no Lago

Mãe d'Água

Ni (mg.kg-1) PROFUNDIDADE

(cm) T1 T4 T6 T8

2 17 5 13 14 10 13 7 13 14 18 11 11 13 11 26 11 11 13 13 34 12 9 11 13 42 8 11 10 12 50 9 12 11 12 58 8 12 9 10 66 8 11 74 9 11 82 10 11 90 10 9 98 8 9 106 10 9 114 9 122 9 130 3 138 3 146 2

Média 11 10 9 11 Desvio Padrão 2,99 2,55 3,33 1,74 Mínimo 8 5 2 9 Máximo 17 12 13 14


Os teores das concentrações do metal níquel oriundos da Tabela 6 presentes nos

testemunhos de sedimentares do barramento Mães d’águas estão dispostos na Figura 28, sendo

possível a verificação de que todos encontram-se acima dos valores do background local com

valor igual a 4,9 mg.kg-1. Tal comportamento deve-se à urbanização da área, visto que processos

antropogênicos como a construção de loteamentos, industrialização e lançamentos de resíduos

(líquidos, sólidos e gasosos) evidenciam o crescimento gradual das concentrações até a

superfície com o passar dos anos e que representa a deposição mais recente as maiores

concentrações. A exceção ocorreu na base do testemunho 6, com concentrações abaixo do valor

de referência local, sendo que o mesmo comportamento foi obtido para o elemento Zn neste

testemunho (vide Tabela 6).

97

Figura 28 – Distribuição dos teores de níquel (em mg.kg-1) em profundidade nos

diferentes testemunhos de sedimentos do barramento Mãe d’Água


Comparando as análises da concentração dos metais analisados nos estudos de

Fernandes e Poleto (2016), entre as linhas de distribuição das concentrações de Ni com as de

Zn instauradas pelas Figuras 27 e 28, percebemos que houve um mesmo padrão de

comportamento em todos os testemunhos. Portanto, da mesma forma que o Zn, os testemunhos

T1, T6 e T8 apresentam um enriquecimento pelo elemento traço Ni. Fica iminente que as fontes

antropogênicas têm influenciado e resultado em um aumento significativo nos níveis de Ni e

Zn em solos e sedimentos. Autores como Utermann, Duwel e Nagel (2006) obtiveram

resultados parecidos e identificaram a mesma causa-efeito.

2

10

18

26

34

42

50

58

66

74

82

90

98

106

114

122

130

138

146

0 2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20Pr

ofun

dida

de (c

m)

Ni (mg.kg-1)

T1 T4 T6 T8 Background

98

A partir da avaliação do valor de background da área, verifica-se um incremento da

presença desse metal contaminante ao decorrer das camadas sedimentares, paravelmente

advindo de atividades antrópicas e presentes ao material sedimentar carreado para o

reservatório. Os dados aqui levantados demonstram a existência de interação entre os

sedimentos da área e aos compostos de níquel, mas expõe, também, uma possível fragilidade

dessa interação, visto os padrões oscilantes de associação entre metal-sedimento ao longo da

coluna sedimentar. A solubilização de compostos de níquel, é nitidamente correlacionada aos

carcinogênicos, apresentando um possível risco ambiental que precisa ser avaliado.

Ao avaliar as fontes difusas de poluição, é imprescindível observar características de

áreas urbanas residenciais e industriais, pois fornecem uma grande gama de poluentes ao

ambiente, entre estes se destacam os metais-traço, apresentado no estudo dos metais analisados

(Zn e Ni). A ausência de tratamento dos esgotos e a disposição inadequada destes resíduos

fornecem uma grande carga de matéria orgânica, agente fundamental no controle dos processos

de sorção e dessorção dos metais aos sedimentos.

Geocronologia por 210Pb

Os testemunhos T1, T6 e T8 dos sedimentos do Reservatório de Mãe d’água

apresentaram boa linearidade, constituindo um ambiente propício para o estudo cronológico.

Na Figura 29 é apresentado o ano da cronologia de 210Pb das camadas sedimentares depositados

ao longo das décadas, em função da profundidade, as análises de geocronologia apresentaram

uma boa linearidade, inferindo em bons resultados para o estudo, com R² para T1 igual a 0,92

e para T6 igual a 0,96 e T8 correspondente a 0,89.

99

Figura 29 – Geocronologia dos perfis de sedimentos amostrados no reservatório Mãe d’ Água

R² = 0,9193

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

1970 1981 1992 2003 2014

cm

T 1

R² = 0,9672

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

1970 1981 1992 2003 2014T 6

cmR² = 0,9021

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

1970 1981 1992 2003 2014T 8

cm

100

O perfil ou testemunhos de sedimento amostrado no reservatório Mãe d’Água

denominado por T1 corresponde a um período de acumulação geocronológica dos sedimentos

com 35 anos, com a camada mais recente datada em 2014 e a mais profunda atingindo o ano de

1972 e sua taxa de sedimentação média foi de 1,77 cm.ano-1.

O testemunho amostrado denominado por T6 apresentou idade de 42 anos e taxa de

sedimentação média de 1,86 cm.ano-1. A taxa de sedimentação apresentou ligeiras variações no

testemunho sedimentar analisado, tal fato sugere que esta área do reservatório recebeu volumes

de sedimentos produzidos pela bacia hidrográfica de maneira constante durante o período de

deposição sedimentar identificado.

Para o testemunho de sedimento T8 coletado no reservatório, localizado próximo ao

vertedor, identificamos que sua coluna sedimentar apresentou idade de 32 anos e sua taxa de

sedimentação corresponde a 1,83 cm.ano-1, sendo sua amplitude geocronologia corresponde aos

anos de 2014 a 1982.

Os resultados apresentaram uma boa semelhança, demonstrando que esses

testemunhos apresentam comportamento conservativo, confirmando que a aplicação da análise

geocronológica através do traçador 210Pb demonstra sua grande utilidade como traçador

ambiental para estudos em sedimentos. É importante ressaltar que a granulometria dos

sedimentos está correlacionada a análise geocronológica, uma vez que, concentrações do

traçador geocronológico apresentaram correspondências com as maiores concentrações dos

metais zinco e níquel, visto que a determinação dos teores de metais é associada a fração fina

do mesmo (<63 µm) silte e argila e, por estarem localizados na mesma camada e testemunho

sedimentar amostrado (T1, T6 e T8).

Ao longo das últimas décadas tem havido um aumento na pesquisa com base no uso

destes radionuclídeos naturais no ambiente, principalmente em pesquisas que envolvam os

sedimentos, como por exemplo os estudos publicados por Aguirre (2001); Godoy et al. (2002);

Fávaro et al. (2006); Silva et al. (2011); Damatto et al. (2013).

A pesquisa realizada por Damato (2010) obteve resultados de geocronologia

satisfatórios, onde realizou a amostragem de núcleos de sedimentos no reservatório do Rio

101

Grande que é responsável pelo abastecimento de água de quatro cidades (São Bernardo do

Campo, São Caetano do Sul, Santo André e Diadema) e tem sido seriamente afetada pela a

expansão urbana da região metropolitana de São Paulo, devido ao caótica urbanização e uso e

ocupação do solo.

Dabous (2002) analisou testemunhos de sedimentos extraídos em um lago localizado

Leon County, Florida. Suas pesquisas constataram um intervalo entre os períodos datados de

1929 – 1997, resultando em 68 anos de aporte de sedimentos no reservatório. Ele conclui a

pesquisa identificando a causa-efeito do assoreamento e contaminação dos sedimentos sendo

oriundas dos processos antropogênicos e obras de drenagem sob a bacia hidrográfica

pertencente ao lago.

Nery (2009) realizou estudos sobre a geocronologia com o 210Pb em núcleos

amostrados no rio Amazonas e quando analisados apresentaram uma boa semelhança entre eles,

demonstrando assim que esses elementos apresentam comportamento conservativo,

confirmando sua grande utilidade como traçador ambiental. Portanto, ao longo das últimas

décadas tem havido um aumento na pesquisa com base no uso destes radionuclídeos naturais

no ambiente, principalmente em pesquisas que envolvam os sedimentos.

O estudo de sedimentos é recente e importante para rastrear as atividades do homem

no ambiente, atuando na determinação dos impactados principalmente sobre nos últimos 150

anos, (limite confiável para a geocronologia com 210Pb), este intervalo pode variar, dependendo

das características locais da área e dos sedimentos pode se chegar a ordem de até 150 anos.

Taxa de Urbanização na bacia hidrográfica do reservatório Mãe d’Água

Para a avaliação da evolução da urbanização na área de estudo foram utilizados dois

tipos de produtos de sensoriamento remoto: fotografias aéreas e imagens de satélite, que foram

integradas em um banco de dados geográficos através do pacote de aplicativos ArcView®

versão 9.2 de acordo com estudos realizados por Cardoso e Poleto (2013).

Foram utilizadas duas fotografias aéreas datadas em 1972 e 1991, levantamentos

bibliográficos sobre a área, imagens de satélite (QUICKBIRD) adquiridas por Poleto (2007),

102

Cardoso e Poleto (2013), e as imagens do satélite sino-brasileiro CBERS data 2008, e por fim

utilizamos imagens de satélite fornecida pela empresa Google Earth para representar os anos

que foram detectados pela datação das amostras de sedimentos, assim reproduzindo um bom

espaço-tempo para a análise desta pesquisa de acordo com a geocronologia.

Como exemplo do processo utilizado para a caracterização do uso e ocupação da bacia

hidrográfica, a Figura 30 para o ano de 2014 (imagem do Google Earth) é apresentada a seguir

a metodologia preconizada por Cardoso e Poleto (2013) observando e dimensionando as áreas

relativas os seguintes dados: edificações, ruas pavimentadas e não pavimentadas e as

constituídas por paralelepípedos, solo exposto, recursos hídricos, vegetações arbóreas,

gramíneas e pastos totalizando os 352 hectares constituintes da bacia hidrográfica Mãe d’Água.

Figura 30 – Imagem Google Earth 2014 para interpretação do uso do solo no ano de

2014

Os números obtidos apresentam variações nas categorias avaliadas quanto aos dados

verificados nos anos anteriores. Observamos que o processo de urbanização da bacia

hidrográfica é intenso, apresentando padrões e tendência de crescimento e evolução da

urbanização e refletindo negativamente no reservatório, como pode ser observado na Figura 30.

103

A Figura 31 identifica a evolução da taxa de urbanização na bacia hidrográfica de

estudo de 1972 a 2014 (dados em Anexo), podendo ser observado o crescimento da urbanização

e a redução das áreas naturais. É possível constatar que o processo de urbanização se encontra

em uma linha de tendência crescente, sendo justificada devido aos últimos anos ocorrer um

aumento no uso e ocupação do solo em áreas onde a vegetação nativa foi removida. Portanto

ocorre o aumento da urbanização e com o crescimento das famílias que habitam o local e a falta

de alternativas locacionais para a população de baixa renda fizeram com que se desenvolvessem

pequenos loteamentos familiares, caracterizado por condições precárias e aglomeração de

várias habitações no mesmo terreno.

Figura 31– Histórico da urbanização Bacia da represa Mãe d’água entre os anos de 1972

a 2014

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1972

1973

1974

1979

1980

1982

1983

1984

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2002

2003

2004

2006

2008

2010

2012

2014

Porc

enta

gem

(%)

Períodos analisados (anos)

Evolução Antropogênica

Antrópico (%)

104

Na atualidade, a área da bacia hidrográfica do reservatório Mãe d’Água, objeto deste

estudo, está predominantemente caracterizada por uma ocupação residencial estabelecida em

toda sua extensão e perímetro.

O uso e ocupação do solo na bacia diante do cenário e condições apresentadas, propicia

o aumento da geração dos passivos ambientais, como por exemplo os poluentes orgânicos e

inorgânicos, oriundos de fontes pontuais e/ou difusas. Além dos contaminantes, devemos nos

atentar as áreas com solo descobertos, desmatamentos, impermeabilização do solo, pois estes,

propiciam efeitos degenerativos, como a erosão e aumento da produção de sedimentos que

através do escoamento superficial, ação do vento ou deslizamentos lixivia todo esse material e

resulta no assoreamento dos recursos hídricos presente na bacia e a contaminação do

ecossistema.

Correlações dos metais zinco e níquel com as taxas de urbanização da bacia

hidrográfica Mãe d’Água

Os testemunhos T1, T6 e T8 dos sedimentos do Reservatório de Mãe d’água foram

submetidos a análises de correlações simples (Pearson), visando estabelecer modelos

representativos entre as amostras de sedimentos entre os dados de metais e taxa de urbanização,

resultando em informações consistentes para averiguação do histórico da urbanização presente

na bacia do reservatório Mãe d’Água.

Nas Tabelas 7 e 8 estão disponibilizados os valores das concentrações de metais zinco

e níquel assim como os resultados dos estudos da evolução da urbanização. Tais valores foram

utilizados para gerar os estudos das correlações.

Observamos que as profundidades dos testemunhos estão correlacionadas com as

concentrações dos metais analisados, notamos que os menores valores associados aos metais

Zn e Ni foram determinados próximo a camada colmatada rígida, e os sedimentos que

apresentaram os maiores níveis de concentrações para os metais estão alocados nas camadas

superiores, próximas a coluna d´água, sendo também as camadas mais recentes sedimentadas.

Tais observações reflitam os valores de produção de contaminantes sobre a época e urbanização

a qual a bacia passava evidenciando o enriquecimento em ordem cronológica.

105

Tabela 7 – Correlações entre os dados da Taxa de Urbanização e Zinco dos perfis de sedimentos amostrados no reservatório

Mãe d’ água

PROFUNDIDADE (m) Taxa de Urbanização vs. Concentração de Zn (mg.kg-1)

Ano T1 Taxa Urb. T1 Ano

T6 Taxa Urb. T6 Ano T8 Taxa Urb. T8

0,00 2014 88,42 597,00 2014 88,42 300,00 2014 88,42 417,00 0,08 2003 84,07 317,00 2010 85,81 231,00 2012 86,31 418,00 0,16 1998 82,82 198,00 2008 85,31 214,00 2002 83,82 307,00 0,24 1997 82,57 184,00 2004 84,32 293,00 2000 83,32 287,00 0,32 1996 82,32 174,00 2002 83,82 230,00 1995 82,08 225,00 0,40 1994 81,83 162,00 1999 83,07 202,00 1994 81,83 230,00 0,48 1988 80,33 149,00 1998 82,82 193,00 1993 81,58 219,00 0,56 1982 78,84 118,00 1990 80,83 176,00 1990 80,83 186,00 0,64 1979 78,09 110,00 1989 80,58 154,00 1989 80,58 179,00 0,72 1988 80,33 180,00 1988 80,33 175,00 0,80 1987 80,08 153,00 1987 80,08 171,00 0,88 1986 79,83 176,00 1984 79,34 133,00 0,96 1985 79,59 109,00 1984 79,34 133,00 1,04 1983 79,09 124,00 1982 78,84 113,00 1,12 1983 79,09 124,00 1,20 1980 78,34 97,00 1,28 1974 76,85 39,00 1,36 1973 76,60 34,00 1,46 1972 76,35 25,00

Média 223,22 160,74 228,07 Desvio Padrão 152,58 78,84 97,32

Mínimo 110,00 25,00 113,00 Máximo 597,00 300,00 418,00

106

Tabela 8 – Correlações entre os dados da Taxa de Urbanização e Níquel dos perfis de sedimentos amostrados no reservatório

Mãe d’ água

PROFUNDIDADE (m)

Taxa de Urbanização vs. Concentração de Ni (mg.kg-1) Ano T1 Taxa Urb. T1 Ano T6 Taxa Urb. T6 Ano T8 Taxa Urb. T8

0,00 2014 88,42 17,00 2014 88,42 13,00 2014 88,42 14,00 0,08 2003 84,07 13,00 2010 85,81 13,00 2012 86,31 14,00 0,16 1998 82,82 11,00 2008 85,31 13,00 2002 83,82 11,00 0,24 1997 82,57 11,00 2004 84,32 13,00 2000 83,32 13,00 0,32 1996 82,32 12,00 2002 83,82 11,00 1995 82,08 13,00 0,40 1994 81,83 8,00 1999 83,07 10,00 1994 81,83 12,00 0,48 1988 80,33 9,00 1998 82,82 11,00 1993 81,58 12,00 0,56 1982 78,84 8,00 1990 80,83 9,00 1990 80,83 10,00 0,64 1979 78,09 7,00 1989 80,58 8,00 1989 80,58 11,00 0,72 1988 80,33 9,00 1988 80,33 11,00 0,80 1987 80,08 10,00 1987 80,08 11,00 0,88 1986 79,83 10,00 1984 79,34 9,00 0,96 1985 79,59 8,00 1984 79,34 9,00 1,04 1983 79,09 10,00 1982 78,84 9,00 1,12 1983 79,09 9,00 1,20 1980 78,34 9,00 1,28 1974 76,85 3,00 1,36 1973 76,60 3,00 1,46 1972 76,35 2,00

Média 10,67 9,16 11,36 Desvio Padrão 3,12 3,32 1,74

Mínimo 7,00 2,00 9,00 Máximo 17,00 13,00 14,00

107

O enriquecimento por Zn e Ni dos sedimentos presentes no barramento é evidenciado

pelo constante acúmulo dos sedimentos com predomínio de granulometria fina (silte e argila),

estando fortemente associada com a concentração dos metais nos sedimentos, onde, devido à

presença da estrutura vertedora de água ocasiona a redução da velocidade do fluxo de

escoamento, propiciando assim sua sedimentação.

Nas Figuras 32 e 33 são apresentadas as taxas de urbanização das camadas

sedimentares depositados ao longo das décadas, em função das concentrações dos metais. As

análises de geocronologia apresentaram uma boa linearidade, inferindo em bons resultados para

o estudo sobre a evolução urbanística.

Figura 32 – Taxa de Urbanização vs. Concentrações de zinco dos perfis de sedimentos

amostrados no reservatório Mãe d’ Água

y = 0,0256x + 76,57R² = 0,7969

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600

Taxa

de

Urb

aniz

ação

(%)

Concentração de Zn (mg.kg-1 )

Taxa de Urbanização vs. Concentração Zn

Correlação r = 0,89

108

Figura 33 – Taxa de Urbanização vs. Concentrações de níquel dos perfis de sedimentos

amostrados no reservatório Mãe d’ Água

De acordo com as Figuras 32 e 33, as correlações entre as variáveis apresentam valores

de 0,89 para Zn e 0,85 para Ni. Tal resultado demostra que as concentrações entre as duas

variáveis movem juntas, e a relação entre as duas é forte, pois está próxima de 1, Santana et al.

(2007) consideraram significativas suas correlações para os metais Fe (0,753) e Cr (0,549)

analisados em sua pesquisa. Gomes de Andrade et al. (2009) realizaram estudos empregando

as análises de correlações para obter dados referente à associação dos metais, e obteve

coeficientes de correlação linear significativos para os metais Pb, Cd, Cr e Ni, prosseguindo a

pesquisa com dados consistentes.

O enriquecimento da base dos testemunhos até seu topo pelos metais é caracterizado

pelo acúmulo dos sedimentos com predomínio de granulometria fina (silte e argila), estando

associada com a concentração dos metais nos sedimentos. Segundo Carvalho (2008), a

construção de um reservatório ocasiona a redução da velocidade do fluxo de escoamento,

propiciando assim sua sedimentação ao decorrer do tempo. De acordo com os níveis de

concentração dos elementos químicos metálicos presentes nos sedimentos do lago da barragem

Mãe d’Água tronou-se possível notar que os impactos da urbanização que ocorreu nesta bacia.

y = 0,8806x + 72,602R² = 0,724

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0 5 10 15 20

Taxa

de

Urb

aniz

ação

(%)

Concentração de Ni (mg.kg-1 )

Taxa de Urbanização vs. Concentração Ni


109

É importante notar que, apesar da bacia hidrográfica ser específica do local, tanto

devido ao tipo de sedimentos gerados pelos solos locais, quanto em relação ao uso e ocupação

do solo, os resultados são um bom indicativo do processo de liberação e acumulação de metais

em bacias hidrográficas brasileiras em expansão, podendo, assim, serem extrapoladas para

outras áreas com características similares e, portanto, gerar um bom indicativo do passivo

ambiental potencial dessas áreas (relação entre as concentrações por camadas versus volumes

dessas camadas).

Volume de sedimentos assoreados no reservatório Mãe d’Água

Para o cálculo do volume útil do reservatório Mãe d’Água foi realizado uma busca

sobre as características do projeto em 1962, data de sua construção através de referências

bibliográficas e embasamentos técnicos oriundos da amostragem em campo ocorrida em 2014,

2015 e 2016, sendo estabelecidos dois períodos como referência para o dimensionamento dos

volumes úteis e de assoreamento. O volume de sedimentação em reservatórios é uma questão

que deve ser abordada, pois tal valor irá determinar o sucesso ou a vida útil de um

empreendimento.

Como base para os cálculos, seguimos os dados publicados por Fujmoto (2002), tais

como a adoção de uma profundidade média de 3,15 metros, comprimento do coroamento de

200 metros, e a existência de uma camada de colmatação. Do projeto disponibilizado para

consulta in situ, pela biblioteca do Instituto de Pesquisas Hidráulicas da Universidade Federal

do Rio Grande do Sul, obtemos dados publicados pelo extinto Departamento Nacional de Obras

de Saneamento (DNOS), apresentando valores referentes ao volume útil e cota do vertedor

sendo 132.462,00 m³ e 104,40 m respectivamente.

A Figura 34 apresenta o corte longitudinal do reservatório Mãe d’Água com dados

pertinentes e utilizados ao decorrer dos cálculos. Podemos observar; o nível da água normal e

no ato da amostragem (104,40 e 103,51 metros), bem como a profundidade de cada um dos

perfis, o limite máximo alcançado (cota 101,45 metros) e a camada de sedimentos colmatada

rígida, pertencente a cota 101,25 metros. O testemunho mais profundo é o T2 com 1,66 metros

atingindo a cota 103,11 metros e o mais raso é o T4 com 0,56 metros constando na cota 102,01

metros.

110

Figura 34 - Corte longitudinal da sessão referente a deposição de sedimentos no reservatório Mãe d’Água

111

O perímetro do reservatório Mãe d’água foi realizado através da observação dos

registros históricos da evolução do espelho d’água oriundos de fotogrametrias aéreas e imagens

de satélite sendo possível assim reconstruí-lo, levando em consideração também o comprimento

do coroamento, profundidade média e volume de projeto. Essa reconstrução foi realizada por

meio dos softwares: AutoCad 2018, ArcGis 10.5 e por fim determinamos as áreas de cada uma

das curvas de nível. Dentre as vantagens de se adotarem abordagens automatizadas para tais

processos, destacam-se a confiabilidade e a reprodutibilidade dos resultados, que podem então

ser organizados e facilmente acessados sob a forma de bases de dados digitais (SAUNDERS,

1999).

Foram executadas duas metodologias de cálculos para determinação dos volumes com

o objetivo de verificarmos a que melhor se adapta com o menor erro associado para

prosseguirmos com os estudos da determinação do volume de sedimentos assoreados no leito

do reservatório. Os primeiros resultados envolveram a metodologia que utiliza a área média e

a segunda envolvendo os cálculos através da metodologia aproximação cônica.

Ao aplicar a metodologia da área média, notamos que esta possuí uma abordagem

simplista, a qual estima o volume do reservatório a partir das áreas das isóbatas ou curvas de

nível e da diferença entre as alturas, parecendo mais adequada diante praticidade de aplicação

da formulação matemática. A Tabela 9 apresenta os dados de Cota vers. Área vers. Volume

para o dimensionamento do volume de projeto no ano de 1962.

112

Tabela 9 – Cota vs. Área vs. Volume; Método: Área Média

Método Área Média

Cota (m) Altura da Camada (m) Área (m²) Volume (m³)

Incremento Volume (m³)

101,25 0,00 38.360,75 0,00 0,00 101,75 0,50 39.640,99 19.500,44 19.500,44 102,25 0,50 40.760,34 20.100,33 39.600,77 102,75 0,50 41.886,57 20.661,73 60.262,50 103,25 0,50 43.019,66 21.226,56 81.489,05 103,75 0,50 44.159,63 21.794,82 103.283,88 104,25 0,50 45.306,47 22.366,53 125.650,40 104,40 0,15 45.579,41 6.816,44 132.466,84 Total 132.466,84 Média 42.339,23 18.923,83 D. P. 2.642,69 5.427,14

D.P. – Desvio Padrão da amostra

Após obtermos os valores descritos na Tabela 9, estabelecemos as análises de

correlações entre a Cota vers. Área e a Cota vers. Volume, com o intuito de verificar a coerência

entre as duas variáveis, (Figuras 35 e 36).

Figura 35 – Relação Cota vs. Área do reservatório Mãe d’Água pelo método área média

y = 2282,3x - 192640R² = 0,9997

37.000,00

38.000,00

39.000,00

40.000,00

41.000,00

42.000,00

43.000,00

44.000,00

45.000,00

46.000,00

101,00 101,50 102,00 102,50 103,00 103,50 104,00 104,50 105,00

Áre

a (m

²)

Cota (m)

Cota vs. Área (método: área média)


113

Figura 36 – Relação Cota vs. Volume do reservatório Mãe d’Água pelo método área

média

Observamos os resultados para as relações entre a Cota vs. Área (Figura 35) e para

Cota vs. Volume (Figuras 36) que ambas apresentam boa linearidade, com correlação entre os

dados analisados de 0,99. O erro associado ao cálculo do volume é de apenas 0,004 %

representando uma diferença de 4,84 m³ a mais do volume útil de projeto, identificando que

este método para o cálculo do volume é exequível e de confiança para o referido estudo, porém

superestimou o volume.

Os resultados para o cálculo do volume útil do reservatório sob a configuração na data

de construção 1962 apresentou-se satisfatório para a pesquisa no reservatório Mãe d’Água.

Estudos realizados por Barbosa et al. (2006) demostrou que a informação sobre o nível de água

e área inundada, sendo mapeada a partir de imagens, sejam fotogrametrias e/ou satélites e/ou

cartas geográficas conforme descrito por Ribeiro Júnior et al. (2015) são um bom ponto de

partida para a estimativa do volume de água armazenado em reservatórios.

Albertin et al. (2010) em sua pesquisa realizada no reservatório de Três Irmãos obteve

resultados semelhantes aos dispostos acima. A pesquisa foi realizada utilizando o software

y = 42187x - 4E+06R² = 0,9994

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

101,00 101,50 102,00 102,50 103,00 103,50 104,00 104,50 105,00

Volu

me

(m³)

Cota (m)

Cota vs. Volume (método: área média)


114

destinado a trabalhos de topografia, projeto ou construção denominado TopoGRAPH 98SE,

desenvolvido pela empresa brasileira char*Pointer Informática. Os dados de entrada são os

pontos de cada transecção e do contorno da represa, todos com informações de cota, latitude e

longitude. Nesse mesmo software, foi calculada a área referente a cada curva de nível em um

intervalo de 1 em 1 metros a partir da cota mínima. O volume foi calculado a partir dos valores

de áreas médias, nos mesmos intervalos de curvas de nível, oriundas deste mesmo software e

por resultado final, consideraram satisfatória a metodologia aplicada pois seus valores para as

correlações cota-área-volume foi de 0,99 e o erro associado inferiores a 1%.

Ao aplicar a metodologia da aproximação cônica, para determinação do volume no

reservatório utilizamos o software AutoCad Civil 3D 2018, este utiliza como base para os

cálculos os dados a partir dos contornos das áreas das isóbatas ou curvas de nível, a diferença

entre as cotas e o perímetro. A Tabela 10 apresenta os dados de Cota vers. Área vers. Volume

para o dimensionamento do volume de projeto no ano de 1962.

Tabela 10 – Cota vs. Área vs. Volume; Método: Aproximação Cônica

Método Aproximação Cônica

Cota (m) Altura da Camada (m) Área (m²) Volume (m³)

Incremento Volume (m³)

101,25 0,00 38.360,75 0,00 0,00 101,75 0,50 39.640,99 19.499,56 19.499,56 102,25 0,50 40.760,34 20.099,68 39.599,24 102,75 0,50 41.886,57 20.661,09 60.260,33 103,25 0,50 43.019,66 21.225,93 81.486,26 103,75 0,50 44.159,63 21.794,20 103.280,46 104,25 0,50 45.306,47 22.365,91 125.646,37 104,40 0,15 45.579,41 6.816,43 132.462,80 Total 132.462,80 Média 42.339,23 18.923,26 D. P. 2.642,69 5.426,91 D.P. – Desvio Padrão da amostra

115

Após obtermos os valores descritos na Tabela 10, estabelecemos as análises de

correlações entre a Cota vers. Área e a Cota vers. Volume, com o intuito de verificar a coerência

entre as duas variáveis, (Figuras 37 e 38).

Figura 37 – Relação Cota vs. Área do reservatório Mãe d’Água pelo método

aproximação cônica

Figura 38 – Relação Cota vs. Volume do reservatório Mãe d’Água pelo método

aproximação cônica

y = 2282,3x - 192640R² = 0,9997

37.000,00

38.000,00

39.000,00

40.000,00

41.000,00

42.000,00

43.000,00

44.000,00

45.000,00

46.000,00

101,00 101,50 102,00 102,50 103,00 103,50 104,00 104,50 105,00

Áre

a (m

²)

Cota (m)

Cota vs. Área (método aproximação cônica)

y = 42186x - 4E+06R² = 0,9994

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

101,00 101,50 102,00 102,50 103,00 103,50 104,00 104,50 105,00

Volu

me

(m³)

Cota (m)

Cota vs. Volume (método aproximação cônica)



116

Observamos os resultados para as relações entre a Cota vs. Área (Figura 37) e para

Cota vs. Volume (Figura 38) que ambas apresentam boa linearidade, com correlação entre os

dados analisados de 0,99. O erro associado ao cálculo do volume é baixo, representando uma

diferença de 0,80 m³ para o volume de projeto em 1962, identificando que este método para o

cálculo do volume é exequível e de confiança para o referido estudo.

Os resultados da análise entre os dois métodos permitiram concluir que não existem

diferenças significativas entre as determinações dos volumes a partir do levantamento e

comparação com o volume de projeto em 1962. O erro associando ao se utilizar o método área

média foi de 0,004 % enquanto para método da aproximação cônica foi de praticamente zero,

apresentando o melhor ajuste entre os métodos, com volume muito próximo ao valor do projeto

com 132.462,00 m³.

Desta forma, observando os resultados entre as duas metodologias aplicadas

verificamos que os cálculos utilizando o software AutoCad Civil 3D versão 2018 para o

dimensionamento do volume útil através da metodologia aproximação cônica apresentou os

melhores resultados, devido a maior correlação e ajuste com volume útil de projeto, sendo este

132.462,00 m³.

Inicialmente realizou-se uma operação para identificar, através do modelo de elevação

digital, quais as regiões assoreadas para cada cota, tomamos por base as profundidades dos

testemunhos amostrados uma vez que estes representam as camadas de sedimentos sobrepostas.

Como o auxílio do software AutoCad Civil 3D 2018, realizamos os para cálculo do volume de

sedimentos assoreados com a metodologia da aproximação cônica, uma vez que este foi o

método que mais se aproximou do valor real. Como base de dados de entrada, este software

precisa receber as delimitações das áreas sobre as quais necessitamos saber os volumes

referentes, desta forma, as curvas de nível foram fechadas em poligonais, com áreas e cotas

definidas. Finalmente, o programa estima o volume sobre a área desejada.

A Tabela 11 apresenta os dados referente os valores de Cota vs. Área vs. Volume para

o dimensionamento do volume de sedimentos assoreados no interior do reservatório Mãe

117

d’Água datados de 1962 ano de sua inauguração a 2014 ano das amostragens, estabelecendo o

volume assoreados nas últimas décadas.

Tabela 11 – Cota vs. Área vs. Volume Sedimentos;

Método: Aproximação Cônica

Método Aproximação Cônica (AutoCad Civil 3D 2018) Volume de Sedimentos (Assoreamento)

Cota (m) Altura da Camada

(m) Área (m²) Volume (m³) Incremento

Volume (m³)

101,25 0,00 38.360,75 0,00 0,00 101,45 0,20 38.972,67 7.733,26 7.733,26 101,53 0,08 39.150,65 3.124,93 10.858,19 101,61 0,08 39.328,80 3.139,18 13.997,37 101,69 0,08 39.507,13 3.153,43 17.150,80 101,77 0,08 39.685,63 3.167,71 20.318,51 101,85 0,08 39.864,31 3.181,99 23.500,50 101,93 0,08 40.043,16 3.196,30 26.696,80 102,01 0,08 40.222,20 3.210,61 29.907,41 102,05 0,04 15.446,81 1.074,60 30.982,01 102,09 0,04 21.867,73 742,58 31.724,59 102,17 0,08 21.995,91 1.754,54 33.479,13 102,25 0,08 22.123,00 1.764,75 35.243,88 102,27 0,02 14.282,66 361,21 35.605,09 102,33 0,06 21.570,71 1.068,12 36.673,21 102,41 0,08 21.695,99 1.730,67 38.403,88 102,49 0,08 21.821,67 1.740,70 40.144,58 102,51 0,02 15.375,87 370,10 40.514,68 102,57 0,06 20.556,22 1.074,21 41.588,89 102,65 0,08 20.556,50 1.644,51 43.233,40 102,73 0,08 20.680,66 1.649,48 44.882,88 102,79 0,06 16.392,43 1.109,70 45.992,58 102,81 0,02 18.530,44 349,01 46.341,59 102,89 0,08 18.649,68 1.487,20 47.828,79 102,91 0,02 15.146,85 337,36 48.166,15 102,97 0,06 17.999,33 993,16 49.159,31 103,03 0,06 16.264,28 1.027,47 50.186,78 103,05 0,02 16.370,39 326,35 50.513,13 103,11 0,06 16.477,15 985,42 51.498,55 103,13 0,02 14.741,62 312,03 51.810,58 103,21 0,08 14.804,65 1.181,85 52.992,43 103,29 0,08 14.867,84 1.186,90 54.179,33 103,37 0,08 14.930,78 1.191,94 55.371,27 103,45 0,08 14.993,86 1.196,98 56.568,25 103,51 0,06 15.056,85 901,52 57.469,77

118

Após obtermos os valores descritos na Tabela 11, representou-se a Figura 39 que

apresenta os volumes estimados para as mesmas cotas em que foram calculadas as áreas das

curvas de nível. Realizamos as de correlações entre a Cota vers. Área e a Cota vers. Volume,

com o intuito de verificar a coerência entre as duas variáveis.

De acordo com Macedo (2008), o comportamento das curvas cota área volume para o

cálculo do volume de sedimentos assoreados apresenta o mesmo padrão da cota área volume

para o cálculo de aterros no campo da engenharia, pois o volume preenchido por sedimentos

partindo da cota mínima até a cota máxima representa o mesmo volume de aterro entre as duas

cotas.

Figura 39 – Relação Cota vs. Volume de sedimentos dispostos no reservatório Mãe

d’Água pelo método aproximação cônica

Os resultados para as relações entre as duas variáveis apresentaram boa correlação,

(r=0,98) indicando que ambas apresentam boa linearidade, com correlação entre os dados

analisados.

y = 23704x - 2E+06R² = 0,9616

0,00

10.000,00

20.000,00

30.000,00

40.000,00

50.000,00

60.000,00

70.000,00

101,00 101,50 102,00 102,50 103,00 103,50 104,00 104,50 105,00

Volu

me

(m³)

Cota (m)

Cota vs. Volume (método aproximação cônica)


119

Através dos métodos de cálculos dispostos nesta pesquisa e dos resultados descritos

na Tabela 11, verificamos que dentre os anos de 1962 e 2014, data da sua construção em 1962

e da amostragem dos testemunhos sedimentares, o volume total de sedimentos assoreados

dentro do reservatório Mãe d’Água foi de 57.469,77 m³. Tal volume representa cerca de 44 %

do volume útil do reservatório.

Segundo Araújo (2000), os reservatórios urbanos sofrem importantes alterações

ambientais em vista de sua localização facilitar a interação antrópica. Ao calcular o volume de

sedimentos para o reservatório Apipucos, construído em duas células e localizado na zona

urbana de Recife, constatou uma diminuição média de profundidade de 15% e na célula 2

ocorreu uma diminuição média de profundidade de 11%, segundo o autor estes resultados

comprovam quantitativamente que a célula 1 do reservatório encontra-se mais vulnerável ao

processo de assoreamento em curso.

Fujimoto (2002) descreve que o processo de assoreamento e colmatagem sobre o

reservatório pode ser surpreendente chegando a cerca de 50 %. Nesta pesquisa constamos que

o valor descrito pela autora é correspondente ao calculado e que se faz necessário a adoção

rápida de medidas de controle por parte dos gestores públicos.

O reservatório Mãe d’Água apresenta características de formação sedimentar de

depósito do tipo delta, este é descrito por Coiado (2001) e Carvalho (2008), ocorrendo no

interior do reservatório por sedimentos de diversas granulometrias e tem como principal

consequência a diminuição gradativa do volume útil do reservatório. Estes dois tipos de

depósitos (remanso e delta) também podem interferir na navegação com a redução da

profundidade dos cursos d’água.

A Figura 40 ilustra em modelo digital de terreno (3D) o reservatório Mãe d’Água com

as características pertencentes ao ano de sua construção em 1962. O reservatório possuía uma

área superficial de aproximadamente 45.574,35 m² e um volume útil de 132.462,00 m³.

120

Figura 40 – Modelo digital do terreno (3D) representando reservatório Mãe d’Água no

ano de 1962

Com o passar dos anos a bacia hidrográfica foi altamente urbanizada, a prefeitura de

Viamão viabilizou a construção de loteamentos e atrelado a este fato, acontecia a exposição do

solo, desmatamentos além da geração de passivos ambientais que por destino final, teriam o

reservatório Mãe d’Água. Diante destas ações antropogênicas, a Figura 41 caracteriza o

reservatório com a perda do seu volume útil e com seu fundo assoreado.

121

Figura 41 – Modelo digital do terreno (3D) representando reservatório Mãe d’Água no

ano de 2014

Podemos verificar que os maiores depósitos de sedimentos se concentram nas bordas

do barramento em formação de Delta conforme descrito por Moris e Fan (2010). Este resultado

condiz com o esperado e com o modelo digital 3D disposto na Figura 41. Depósitos maiores

são formados na área de remanso do reservatório, uma vez que nestas regiões materiais de

diversas granulometrias tendem a sedimentar.

Para Aisse et al. (2003), o ambiente urbano também é profícuo na compactação do

solo e em alterações topográficas provocadas pelas movimentações de terra (escavações e

aterros) que modificam a superfície de drenagem natural e desconfiguram a paisagem natural.

Diante disso, notamos que a formação da deposição sedimentar no reservatório Mãe d’Água foi

influenciada por ações antropogênicas e segue a formação de delta no interior do reservatório,

constamos tais referências ao comparar as Figuras 40 e 41 e o quão prejudicial foi a presença

da urbanização para este recurso hídrico.

122

A Figura 42 apresenta o modelo digital das curvas de nível geradas a partir da

batimetria realizadas em 2014 para o reservatório. As curvas de nível ou isóbasta foram

fundamentais para criação do modelo digital do terreno identificando as principais

características do fundo do reservatório além de auxiliar no cálculo do volume de sedimentos

caracterizando as cotas de fundo.

Figura 42 – Isóbatas ou curvas de nível oriundas da amostragem batimétrica no

reservatório Mãe d’Água

A ação humana visando a obtenção dos reservatórios com diferentes aplicabilidades e

funcionalidades, converte a mudança do regime dos ambientes, transformando os lóticos em

lênticos. Consequentemente, o fluxo de água que chega ao reservatório perde energia cinética

e ganha energia potencial, num processo onde a velocidade diminui gradualmente. Com a

123

diminuição de velocidade, materiais em suspensão que antes eram carreados pelo fluxo

começam a se depositar, primeiro os materiais maiores e mais pesados, e posteriormente os

mais finos e leves. Estes materiais depositados no fundo do reservatório são provenientes de

processos erosivos, naturais e/ou antrópicos, que ocorrem dentro da sua bacia de contribuição.

O volume útil em 2014 foi determinado pela diferença entre os volumes de água em

1962 e de sedimentos em 2014, sendo calculados a partir das análises dos dados batimétricos

que correspondem sob a influência do volume de sedimentos depositado e compactado em cada

compartimento do reservatório. Os valores encontrados foram respectivamente de 132.462,00

m³ para o volume útil de projeto e 57.469,77 m³ de assoreamento, assim constatamos que o

volume em 2014 era constituído por 74.992,23 m³ representando aproximadamente 57% do

volume útil total. Portanto desde sua criação até a presente data da coleta o reservatório Mãe

d’água apresentou uma perda significativa do seu volume e capacidade de armazenamento.

Esses dados possibilitam estudos por carga de poluentes por camadas e, assim, é

possível estimar o passivo total por poluente para cada barramento. Essa estimativa não foi

contemplada nesse trabalho, sendo escopo para trabalhos futuros.

124

8. CONCLUSÕES

O presente estudo permitiu analisar o cruzamento entre os dados deste estudo

envolvendo a geocronologia por 210Pb, taxa de sedimentação e a geotecnologia (SIG), constou-

se que os efeitos antropogênicos como o aumento da urbanização da bacia hidrográfica, a

redução das áreas naturais e, consequentemente, a maior produção de sedimentos refletem sob

o reservatório gerando a poluição e assoreamento.

A rápida urbanização nesta bacia hidrográfica conduziu a uma alta produção de

materiais particulados (sedimentos) carreados pelos recursos hídricos presentes na bacia

hidrográfica, ocasionando o assoreamento do lago Mãe D’água, como foi constatado pela taxa

de sedimentação ao longo das últimas 05 décadas e pelos cálculos onde foi possível verificar a

perda do volume útil em cerca de 44% o que ocasionou a redução da área e a poluição do

reservatório.

Foi verificado, através das camadas datadas geocronologicamente o período de

deposição das camadas sedimentares, através das amostras dos Core`s extraídas, o acumulo de

Ni e Zn ao longo do tempo presentes nestas camadas, onde foi constatado o enriquecimento

destes. Atrelado a isto, como consequência, tem-se o aumento do passivo ambiental por fontes

de poluição difusas presentes na bacia, como por exemplo, os efluentes não tratados com grande

carga orgânica, metais, e resíduos sólidos, que, além do assoreamento do ecossistema aquático

local, oferece sérios problemas no caso de uma recuperação através do desassoreamento que

poderá liberar os poluentes acumulados em altas concentrações na forma de íons livres.

Ainda, assim, a contribuição pertinente fornecida pelo estudo, diz a respeito da

verificação da correlação entre a taxa de urbanização e a ampliação desses passivos ambientais,

podendo ser extrapolado para bacias hidrográficas que possuam características similares a área

de estudo, (Dimensões, uso e ocupação do solo, recursos hídricos e expansão urbana), portanto,

possibilitar estimativas simplificadas sobre os riscos futuros presentes em bacias hidrográficas.

Fica eminente a preocupação com a bacia hidrográfica do reservatório Mãe d’Água,

onde a urbanização tem afetado diretamente o uso do reservatório e prioritariamente o

ecossistema local. Os estudos aqui descritos oferecem suporte e a possível atualização no plano

125

diretor da cidade, visando a melhor gestão para os recursos hídricos e o planejamentos e gestão

da bacia hidrográfica, uma vez que, seu potencial hídrico é de suma importância para os

habitantes que passam extrair e consumir esta água ou mesmo o lazer no local.

Ordenar a urbanização e oferecer uma melhor infraestrutura juntamente com políticas

socioambientais e um Plano de Recuperação de áreas Degradadas (PRAD), se torna

imprescindível afim de minimizar os passivos ambientais gerados, e as análises bem como os

resultados descritos podem oferecer soluções e métodos auxiliando na contenção da erosão e

poluição, carreamento de sedimentos, assoreamento e drenagem urbana na região.

126

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